(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電エレメントが、多層構造体として、圧電セラミック層（１１）と電極層（１２，１３）とが交互に重ねられた積層体（１８）を形成している、
多層構造の圧電エレメントにおいて、
前記積層体の側面（１９）にパシベーション（２０）が被着されており、
該パシベーション（２０）が、当該の圧電エレメントに対するパシベーション材料の接着力より小さい破断耐性を有するパシベーション材料から成る
ことを特徴とする多層構造の圧電エレメント。
【請求項２】
前記パシベーション（２０）はパシベーション層として形成されている、請求項１記載のエレメント。
【請求項３】
前記パシベーション材料は少なくとも１つのプラスティックから成る、請求項１または２記載のエレメント。
【請求項４】
前記パシベーション材料はプロセス中に低粘性特性を有する少なくとも１つの材料から成る、請求項１から３までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項５】
前記パシベーション材料は少なくとも１つのポリウレタンから成る、請求項１から４までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項６】
前記パシベーション材料はフッ素ベースの少なくとも１つの材料から成る、請求項１から５までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項７】
前記パシベーション材料はフッ素プラスティックから成る、請求項６記載のエレメント。
【請求項８】
前記パシベーション材料は少なくとも１つの樹脂から成る、請求項１から５までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項９】
前記パシベーション材料はラテックスのグループのうち少なくとも１つの材料から成る、請求項１から５までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１０】
前記パシベーション材料はポリイミドおよび／またはポリアミドおよび／またはポリメチルアクリレートおよび／またはパリレンのグループのうち少なくとも１つの材料から成る、請求項１から５までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１１】
前記パシベーション材料の流体中の膨潤率は４０％以下である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１２】
前記パシベーション材料は１５０℃以上の持続温度耐性を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１３】
ピエゾアクチュエータまたは圧電変換器として構成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１４】
ピエゾアクチュエータとしてディーゼル駆動機構内に設けられている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１５】
前記電極層（１２，１３）は少なくとも領域ごとに前記積層体（１８）の少なくとも１つの側面（１９）まで延在している、請求項１から１４までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１６】
前記積層体（１８）の全ての表面（１９）に前記パシベーション（２０）が設けられている、請求項１から１５までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１７】
各電極層（１２，１３）が極性ごとに外部メタライゼーション（１５）に接続されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１８】
前記パシベーション（２０）が当該の圧電エレメントをカバーとして包囲している、請求項１から１７までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項１９】
前記パシベーション（２０）と当該の圧電エレメントとの接着は接着剤によって行われる、請求項１から１８までのいずれか１項記載のエレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念記載の電気的エレメント用のパシベーション材料、および請求項１１の上位概念記載の圧電エレメントに関する。
【０００２】
圧電エレメントは例えば複数の圧電セラミック層と電極層とが交互に重ねられた多層構造のピエゾアクチュエータのかたちで構成され、こんにちのエレクトロニクス技術ではますますその重要性が増している。例えばピエゾアクチュエータはバルブなどに接続される駆動調整機構として用いられる。
【０００３】
周知のピエゾアクチュエータは例えば独国特許出願第１９６４６６７６号明細書に記載されている。この圧電セラミックは特に機械的な圧力、例えば引っ張り力がかかると電圧を発生し、電圧が印加されるとセラミック層の主軸線に沿って膨張が生じる。利用可能な長さ方向の拡がりを増大するために、例えばモノリシックな多層アクチュエータが使用される。これは圧電セラミックの薄いシートをシンタリングした積層体であるが、ここには金属の電極層が内在している。電極層は両側で積層体から突出しており、外部メタライゼーションを介して電気的に並列に接続されている。積層体の２つのコンタクト位置にはこのためにそれぞれ条片状またはテープ状の一貫した外部メタライゼーションが被着されている。この外部メタライゼーションは同じ極性を有する全ての電極層に接続されている。
【０００４】
外部メタライゼーションとピエゾアクチュエータの電気端子とのあいだには多様な形状で実現可能な別のコンタクトがしばしば被着されている。このコンタクトは例えば銅で内張りされたカプトンシートの条片その他から成っている。外部コンタクトに電圧が印加されると、圧電シートが電界方向へ膨張する。こうして個々の圧電シートが機械的に接続されることにより、積層体全体での公称の膨張度は比較的低い電圧で達成される。
【０００５】
圧電セラミックの多層構造の圧電エレメントの最適な変位を最小の必要面積で達成するために、電極層がアクチュエータの例えば不活性のコンタクトゾーンまでの全断面積を包囲していなければならない。このことは異なる極性を有する電極層が多層セラミクスの側面で露出されることを意味する。
【０００６】
このために露出した電極層に適切なパシベーションを設けることが必要となる。パシベーションとは一般に、隣接する各電極層間の電気的なフラッシュオーバまたは短絡を回避する一種の保護層または絶縁層である。パシベーションがないと例えば表面の機械的な損傷または汚染（塵埃、指紋その他）、湿分（Ａｇのマイグレーションその他）または駆動物質（例えばディーゼルオイルまたはラプスエチルエステルRapsmethylesterその他）によりフラッシュオーバまたは短絡が発生する。このような障害および／または汚染は特にアクチュエータの駆動中や製造プロセス中に発生しうる。
【０００７】
パシベーションは最近では多層セラミクスに外部メタライゼーションを設けた後、自己接着性のシリコン材料のかたちのパシベーション材料を手動で塗布するようにして行われる。続いてこのシリコンエラストマーは乾燥キャビネットにおいて約３０分間１５０℃で硬化される。さらにこのようにパシベーションされたアクチュエータが同じシリコンエラストマーを用いて円筒形のプラスティック外套部材により包囲される。パシベーション材料の選択は以下の基準で行われる。
【０００８】
まずパシベーション材料は１５０℃以上の持続温度耐性を有していなければならない。その理由は、前述の形式の圧電セラミックの積層体から成る多層構造のアクチュエータが高い駆動温度を有するディーゼル駆動機構において用いられるためである。さらにパシベーション材料はできる限り多層のセラミクスに対して自己接着性を有しているべきである。またパシベーション材料は従来からアクチュエータの駆動時に発生する膨張からの極の破断に耐えうるように、２００％以上の破断耐性を有することを前提としている。
【０００９】
自己接着性のシリコン材料をベースとしたパシベーション材料は、特にディーゼルインジェクタ内のピエゾアクチュエータの駆動中、重大な欠点を有する。というのは、従来使用されているシリコンベースのパシベーション材料は、ディーゼルオイルまたはラプスメチルエステルＲＭＥの浸潤に対してきわめて弱いからである。またこうしたパシベーションは圧電エレメントの駆動中に表面から剥離しやすい。
【００１０】
こうした従来技術に基づいて、本発明の課題は、前述の欠点を回避できる多層構造の圧電エレメントおよびそのパシベーション材料を提供することである。また本発明の課題は特に、信頼性の高い長寿命の圧電エレメントおよびそのパシベーション材料を提供し、これをディーゼル機関の分野で使用できるようにすることである。
【００１１】
この課題は請求項１の特徴を有する圧電エレメントによって解決される。本発明の他の利点、特徴、詳細、実施形態および効果などは従属請求項、以下の説明、および図から得られる。本発明のパシベーション材料に関連する特徴はもちろん本発明の圧電エレメントに対して用いられるものである。
【００１２】
本発明の第１の態様として、特に多層構造の圧電エレメントなどの電気的エレメントに用いられるパシベーション材料は、電気的エレメントの表面のパシベーション材料の接着力より小さい破断耐性を有する。
【００１３】
本発明のパシベーション材料を電気的エレメントに使用することにより、高い信頼性と長い寿命とを有する電気的エレメントが提供される。ここで本発明は特定のタイプの電気的エレメントに限定されない。本発明のパシベーション材料は電気的エレメントがどのような形態であっても相応のパシベーションを必要とするものであるかぎり使用することができる。有利には本発明のパシベーション材料は多層構造の圧電エレメントで用いられる。その例として冒頭に言及した多層構造の圧電エレメントが挙げられる。
【００１４】
これまで従来技術から周知のパシベーション材料は高い膨張度を有することが前提となっていたが、本発明では驚くべきことに、適切なパシベーション材料として電気的エレメントの材料の接着力よりも小さい破断耐性を有する材料が有利であることが見出された。
【００１５】
破断耐性とは亀裂の入る瞬間の引っ張り応力のことであると解されたい。接着力とはパシベーション材料と電気的エレメントとの接着が破断するときの応力のことである。したがって例えば接着力とは電気的エレメントからパシベーション材料が剥離するときの応力である。
【００１６】
本発明は特に、駆動ないしは電圧印加に起因するピエゾアクチュエータの機械的損傷が特に不活性のコンタクトゾーンの領域で始まりやすいことに着目している。この亀裂はエレメントの表面へ通じる電極までいたり、内部電極と電極を担持する材料（例えばセラミック層）との界面で積層体剥離を引き起こすこともある。異なる極性の２つの電極層間の接合部では亀裂の進行は通常ほぼ生じない。したがって湿分その他が亀裂個所に存在したとしても、ピエゾアクチュエータ内部の異なる極性を有する電極層間にフラッシュオーバまたは短絡は発生しない。
【００１７】
多層構造の電気的エレメント（ピエゾアクチュエータ）の信頼性にとって決定的なのは、積層体の表面に被着されるパシベーションの接着力が亀裂開口の周囲でも障害を受けずに維持されることである。パシベーション層にこの領域で亀裂が生じないと、ピエゾアクチュエータの変位の際に、大きな張力および剪断応力が亀裂周囲のセラミック層とパシベーションとのあいだの界面にかかる。するとこの領域でパシベーションの連続的な剥離が生じてしまう。アクチュエータの表面とパシベーションとのあいだに形成されるギャップに湿分その他が侵入すると、ピエゾアクチュエータでは異なる極性を有する隣接の電極層間の側面に短絡が生じて、急速な故障を起こすおそれがある。
【００１８】
本発明のパシベーション材料を使用することにより、こうした欠点が回避される。パシベーション材料の剥離が前述の状況に基づいて発生するより早く、パシベーション材料に亀裂が発生する。パシベーションの表面に対して垂直方向に生じたこうした亀裂を介して、電気エレメントの膨張過程に起因してパシベーション材料（例えばパシベーション層）の平面にかかる張力および剪断応力は低減され、もはや積層体剥離は生じない。破断耐性および接着力とはパシベーション材料の平面にかかる機械的応力のことである。
【００１９】
本発明のパシベーション材料の実施形態により、可能なパシベーション材料をきわめて多様に選択することができる。これにより特に膨脹度の小さい高度に網状化された系を本発明に使用できるため有利である。
【００２０】
有利にはパシベーション材料は少なくとも１つのプラスティックから成る。
【００２１】
このとき適切なプラスティックとして基本的には本発明の材料特性を有するポリマーが使用される。例えば選択的なコーティングプロセス（例えばプラズマデポジション、コロナデポジション、スパッタリング、ファイアＣＶＤなど）によって形成されるポリマーが使用される。
【００２２】
プラスティックは例えば所定の条件で所定の熱可塑状態を取ることを特徴とする熱可塑性プラスティックである。
【００２３】
例えば少なくとも１つのプラスティックは高度に網状化されたプラスティックである。
【００２４】
有利にはパシベーション材料は少なくとも１つのプロセスに体売る低粘度材料から選定される。低粘度材料とは基本的に、プロセス中に一般に流体または半流体のかたちを取る材料において流動性または内部摩擦力を表す比較パラメータの低いものであると解されたい。
【００２５】
この種の材料は、特に電気的エレメントに適切なパシベーション材料を外套化またはコーティングする際にきわめて複雑で面倒な製造プロセスが必要になることを鑑みると有利である。本発明のパシベーション材料の圧電エレメントへの被着は射出成形プロセスその他によって行われる。
【００２６】
有利にはパシベーション材料は少なくとも１つのポリウレタンから成る。ポリウレタンは有利には鋳造可能なポリウレタンである。適切なポリウレタンとして有利には高度に網状化された成形型が用いられる。
【００２７】
鋳造可能なポリウレタンは、有利には、例えばプロセス中の粘度がきわめて低いものである。
【００２８】
ポリウレタンはさらに低温でも２００％まで膨張できるという利点を有している。これは特にポリウレタンを多層構造の圧電エレメント（例えばアクチュエータ）のためのパシベーション材料として用いる場合に有利である。実際にはこうしたピエゾアクチュエータは長手方向に変形する。こうしたダイナミックな運動をパシベーション材料も同様に行わなければならない。室温またはそれより高い温度ではこうした要求はあまりクリティカルには評価されていないが、例えば−２０℃以下、特に−４０℃以下の低温ではこれは相当しない。ポリウレタンは温度−４０℃でも２００％を超える破断膨張度を維持するという利点を有している。
【００２９】
またポリウレタンは水中およびディーゼルオイル中できわめて良好な媒体耐性を有している。このことは後に膨潤率を説明する際にも併せて詳細に説明する。さらにポリウレタンは媒体に対してきわめて小さな侵入度しか有さず、圧電エレメントの表面は高いダイナミック耐性と、例えばセラミック表面に対する良好な接着力とを有する。またポリウレタンは他の材料に比べて比較的安価である。
【００３０】
ポリウレタンは１５０℃で良好な熱変形値を有する。熱変形は一般に材料の軟化の方向へ向かい、これは例えばＳｈｏｒｅ‐Ａ‐硬度の連続的な低下に反映される。プローブの硬度が低下することに関連して、材料の保管時間が長くなるにつれて高い値となっていた正の破断膨張度が再び低下する。引っ張り強さは保管時間が長くなると膨張度と同様に変化する。耐性が最初に増大した後でも、長い保管時間がおかれると、途中に振れを示しながらも殆ど一定のレベルへ急速に低下する。
【００３１】
別の実施形態ではパシベーション材料は少なくとも１つのフッ素ベースの材料から形成される。
【００３２】
ここで材料は有利にはフッ素プラスティックである。これは例えばテフロンＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥなどである。適切なパシベーション材料としてフッ素‐シリコンまたはフッ素‐ゴムを使用することもできる。フッ素‐ゴムは特に良好な媒体耐性と温度耐性とを有しており、しかもプロセス中の粘度が低い。特にフッ素‐ゴムは−４０℃程度の低温でも良好な温度安定性を有している。
【００３３】
有利にはパシベーション材料をフッ素‐シリコン‐ゴムベースの少なくとも１つの材料から形成する。ここでは流体系の材料、つまりプロセス中で低粘度の特性を有する材料が用いられる。またフッ素‐シリコン‐ゴムは−４０℃程度の低温まで良好な温度安定性を有しており、２００％以上の破断膨張度を有している。
【００３４】
フッ素‐シリコン‐ゴムは特に水中、ディーゼルオイル中およびラプスメチルエステル中で良好な媒体耐性を有する。このため高い駆動温度のもとでも膨潤率はわずかである。膨潤率の定義については後に詳しく述べる。
【００３５】
さらに別の実施形態では、パシベーション材料は例えば少なくとも１つの樹脂から形成される。ここでは例えばシリコン樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。
【００３６】
有利にはパシベーション材料はラテックスのグループのうち少なくとも１つの材料から形成される。適切な材料としてここではアクリレートラテックスを挙げておくが、もちろんこれに限定されるものではない。アクリレートラテックスは有利には水中で分散する。
【００３７】
さらに別の実施形態では、パシベーション材料はポリイミドおよび／またはポリアミドおよび／またはポリメチルアクリレートおよび／またはパリレンのグループのうち少なくとも１つの材料から形成される。ポリイミドは例えばカプトンである。パリレンは例えば気相蒸着法により製造することができる。
【００３８】
パシベーション材料は有利には個別の前述の材料または前述の材料の任意の組み合わせから成る。重要なのは、パシベーション材料が電気的エレメントの接着力よりも小さな破断耐性を有することである。
【００３９】
有利にはパシベーション材料は流体の媒体中で４０％以下の膨潤率を有する。ここでの膨潤率とは所定の時間にわたる体積の変化分をパーセントで表した値である。
【００４０】
ディーゼル機関の駆動機構として用いられる圧電エレメント（例えばピエゾアクチュエータ）にパシベーション材料が設けられる場合、アクチュエータの外套部材となる材料、つまりアクチュエータの表面をカバーするパシベーション材料は周囲の媒体（例えば水、ディーゼルオイル、ラプスメチルエステルなど）に対して耐性を有していなければならない。これは特にディーゼル機関のピーク熱負荷としての１５０℃までの駆動温度で保証されることが望ましい。パシベーション材料は特にピエゾアクチュエータの保護部材として用いられるので、これらの媒体に対してある程度まで気密性を有していなければならないのである。バリア特性の尺度として、相応の媒体中の材料の膨潤率が用いられる。ここで膨潤率が小さいということは気密性が高いということと同義である。
【００４１】
膨潤率を求めるには、パシベーション材料から成るプローブを所定の時間にわたって所定の温度で媒体中に浸漬し、試験時間の経過後に試験前の体積と試験後の体積とを測定して比較する。
【００４２】
試験のシーケンスとして、例えば種々のパシベーション材料を９６時間にわたって水中・ディーゼルオイル中・ラプスエチルエステル中に浸漬した。ここで４０％以下の膨潤率、有利には２０％以下の膨潤率、特に有利には１０％以下の膨潤率を有するパシベーション材料が見出された。
【００４３】
１００℃の水中での膨潤試験で、パシベーション材料として特にポリウレタンとフッ素‐シリコン‐ゴムが適していることが判明した。これらの材料の膨潤率は５Ｖｏｌ．％以下であった。
【００４４】
パシベーション材料のディーゼルオイル中の膨潤試験は１４０℃の温度で行われた。ここでも有利な材料としてフッ素‐シリコン‐ゴムおよびポリウレタンが有利であると判明している。
【００４５】
ラプスメチルエステル中の膨潤試験も同様に１４０℃で行われた。この場合にもパシベーション材料として特にフッ素−シリコン−ゴムおよびポリウレタンが有利であると判明した。この２つの材料は９６時間の保管時間後にも４０％以下の膨潤率を有している。
【００４６】
有利にはパシベーション材料は１５０℃以上の持続温度耐性を有する。
【００４７】
前述の本発明のパシベーション材料は、高い膨張度への要求を満足しなければならない従来技術のパシベーション材料に比べて、次のような一連の利点を有している。本発明のパシベーション材料は例えばディーゼルオイルやラプスメチルエステルに対する膨潤率について従来技術のものより著しく有利である。さらに本発明のパシベーション材料は電気的エレメントに対して高い接着力を有している。これは接着剤などの接合剤を用いても用いなくても行うことができる。さらに本発明のパシベーション材料はプロセス中有利には低い粘度特性を有する。これにより特に電気的エレメントの製造において例えば鋳造プロセスなどが簡単化される。また本発明のパシベーション材料はプロセス技術的に最適化された網状特性および／または硬度特性を有する。本発明のパシベーション材料は電気的エレメントに対する選択的なコーティングプロセスによって被着される。これは例えば浸漬プロセス、塗布プロセス、ＣＶＤプロセスその他によって行われる。さらに本発明のパシベーション材料は水蒸気や他の気体に対してきわめて低い浸潤性を有しており、また著しく高い電離度および破断耐性を有する。本発明のパシベーション材料を電気的エレメントで使用すれば、電気的エレメントの機能が改善され、プロセス技術の条件が簡単化される。
【００４８】
第２の特徴によれば、多層構造の圧電エレメントは圧電セラミック層と電極層とが交互に重ねられて積層体を形成しており、各電極層は少なくとも領域ごとに積層体の少なくとも１つの側面まで延在する。ここで当該の少なくとも１つの側面上にパシベーションが設けられる。圧電エレメントは本発明によれば、前述の本発明のパシベーション材料から形成されたパシベーションを有している。
【００４９】
本発明のパシベーション材料をベースとしたパシベーションを構成することにより、高い信頼性と長い寿命とを有する圧電エレメントが得られる。積層体の表面に対するパシベーションの接着力はセラミック層内に亀裂が発生しても阻害されない。このために例えばパシベーション材料の破断耐性は接着力に比べて小さく選定されている。本発明の圧電エレメントの利点、作用、効果および機能は、本発明のパシベーション材料の前述の実施形態との反復を避けるために、ここでは詳述しない。
【００５０】
有利にはパシベーション材料は少なくとも１つの接合剤を介して積層体の少なくとも１つの側面へ配置される。その際にこの種の接合剤は必須ではない。パシベーション材料が例えば少なくとも１つのポリウレタンから形成されている場合、ポリウレタンとセラミック層とのあいだは付加的な接合剤を用いなくても強く接合される。このような強い接合が可能でない場合には、適切な接合剤を用いて相応の接着を実現する。
【００５１】
その際に本発明は所定のタイプの接合剤に限定されない。例えば接合剤として適切な接着剤を使用することができる。適切な接着剤はこの場合使用されるパシベーション材料およびこのパシベーション材料の被着される圧電エレメントの材料に応じて定められる。
【００５２】
有利には多層構造の圧電エレメントはピエゾアクチュエータまたは圧電変換器として構成される。アクチュエータの有利な実施形態は例えばスタックアクチュエータ、トランスバーサルアクチュエータ、撓みアクチュエータなどである。
【００５３】
特に有利には、圧電エレメントはディーゼル駆動機構内のピエゾアクチュエータとして構成される。本発明のパシベーション材料をこのピエゾアクチュエータの１つまたは複数の表面に使用することにより、特にディーゼルオイルに耐性のある信頼性の高いパシベーションが可能となる。
【００５４】
本発明を添付図に示した図に則して詳細に説明する。図１には本発明の多層構造の圧電エレメントの斜視部分図が示されている。
【００５５】
図１にはピエゾアクチュエータとして構成されている多層構造の圧電エレメント１０が示されている。ピエゾアクチュエータ１０は多数の圧電セラミック層１１と電極層１２、１３とを備えた積層体１８から成っている。電極層１２、１３はそれぞれ２つの異なる極性を有しており、ここで第１の極性を有する複数の電極層をまとめて電極層１２、第２の極性を有する複数の電極層をまとめて電極層１３と称する。各電極層１２、１３はそれぞれ外部メタライゼーション１５に接続されている。
【００５６】
図からさらに見て取れるように、不活性の絶縁層１４が存在する。これは１段置きに電極層１２、１３の積層体の広がりの一角に配置される。こうした構成により、電極層１２および電極層１３の全ての共通の端子を共通の垂直方向の外部メタライゼーション１５を介して同じ電位に接続することができる。外部メタライゼーション１５は例えば相応のメタライゼーションテープであり、これは場合により相応の別のコンタクト１６を介して、側方へ突出するタブ１７へさらに接触している。
【００５７】
ピエゾアクチュエータ１０には駆動中大きな電圧がかかっている。この電圧により、セラミック層１１に亀裂が発生することがある。駆動に起因するピエゾアクチュエータ１０のこの種の機械的損傷は特に不活性の絶縁層１４の領域で始まりやすい。ここでの亀裂は積層体の側面１９へ通じる電極層１２、１３へいたり、電極層とセラミック層との界面の積層体剥離を引き起こすこともある。異なる極性を有する２つの電極層１２、１３間の接合部では亀裂の進行は通常ほぼ生じない。したがって湿分その他が亀裂個所に存在したとしても、ピエゾアクチュエータ１０内部の異なる極性を有する電極層１２、１３間にフラッシュオーバまたは短絡は発生しない。
【００５８】
ピエゾアクチュエータ１０の必要面積を最小にし、最適な操作を達成するためには、電極層１２、１３がピエゾアクチュエータ１０の全断面積を不活性の絶縁層１４まで包囲しなければならない。このことは、相互に異なる極性を有する各電極層１２、１３がピエゾアクチュエータ１０の積層体１８の側面１９で露出していることを意味する。このためには各電極層１２、１３の露出する積層体１８の側面１９に適切なパシベーション２０が設けられていなければならない。図１では側面１９に設けられたこうしたパシベーション２０がハッチング領域で表されている。解りやすくするために、ここでは唯一の側面１９にしかパシベーション２０が設けられていないが、もちろん積層体１８の全ての表面にパシベーション２０を設けてもよい。さらに外部メタライゼーション１５、コンタクト１６、タブ１７などを含む圧電エレメント１０全体に本発明のパシベーション材料から成るカバーを設けることもできる。これを設けるには、エレメント全体を例えばパシベーション材料から成るカバー内に鋳込成形する。
【００５９】
パシベーション２０は異なる極性で隣接する各電極層１２、１３間の電気的なフラッシュオーバまたは短絡を回避する一種の保護層である。このようなフラッシュオーバまたは短絡は例えば積層体１８の表面の機械的損傷や、塵埃、湿分、駆動物質などの汚染によって生じる。
【００６０】
ピエゾアクチュエータ１０の信頼性にとって決定的なのは、押圧プロセスや鋳造成形プロセスなどにより積層体の表面に被着されるパシベーション２０（例えば適切なパシベーション層）の接着力がセラミック層１１の表面で障害を受けずに維持されることである。このときパシベーション２０は特にセラミック材料における積層体剥離が生じうる領域で障害がないようにしなければならない。パシベーション２０のこの領域で亀裂が生じないと、ピエゾアクチュエータ１０の膨張の際に、大きな張力および剪断応力が亀裂周囲のセラミック層とパシベーションとのあいだの界面にかかる。するとこの領域でパシベーション２０の連続的な剥離が生じてしまう。ここでアクチュエータの表面１９とパシベーション２０とのあいだに形成されるギャップに湿分その他が侵入すると、ピエゾアクチュエータ１０では異なる極性を有する隣接の電極層１２、１３のあいだの側面１９に短絡が生じて、急速な故障を起こすおそれがある。
【００６１】
こうした欠点を回避するために、パシベーション２０の材料がピエゾアクチュエータ１０のパシベーション材料の接着力より小さい破断耐性を有するように構成する。これは、パシベーション２０の破断のほうが積層体の剥離よりも早く発生するので、前述したパシベーション２０の不都合な剥離が積層体１８の側面１９で発生しないことを意味する。これは図１の丸い囲みのセクションＡの拡大図に示されている。セクションＡの拡大図には例として、パシベーション２０の表面に対して垂直方向に延びる亀裂２１が示されている。こうした亀裂２１を介して、パシベーション２０でカバーされているピエゾアクチュエータ１０の駆動時の膨張に起因してパシベーション２０の平面にかかる張力および剪断応力は低減され、もはや積層体剥離は生じない。
【００６２】
有利には、適切なパシベーション材料として、少なくとも１つのポリウレタンおよび／または少なくとも１つのフッ素‐シリコン‐ゴムが使用される。なぜならこれらの材料は特に水、ディーゼルオイル、ラプスメチルエステルなどの媒体についてきわめて膨潤率がよいからである。このようなパシベーション２０を備えたピエゾアクチュエータ１０は有利にはディーゼル機構で使用される。この場合ピエゾアクチュエータ１０は前述の媒体に浸されても気密性を失わず問題なく動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の多層構造の圧電エレメントの斜視部分図である。
【図１】
0004465154.tif 000002