(57)【要約】本発明は、積層体（１）を有するピエゾアクチュエータに関する。ここでこの積層体は相互に重なっているピエゾ圧電層（２）からなる。このピエゾ圧電層はそれぞれ電極層（３）によって相互に分断されている。ここで積層体（１）の側面に安定化部材（４）が取り付けられており、この安定化部材は積層体（１）の高さを側面で、電極層（３）への駆動電圧の印加時に変化しないように固定する。安定化部材（４）は、特に有利には金属薄板として構成される。これによって安定化部材はピエゾアクチュエータの電気的なコンタクト接続と、機械的な安定化に同時に用いられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾアクチュエータであって、
相互に重なっているピエゾ圧電層（２）と、当該ピエゾ圧電層の間に位置する電極層（３）とを備えた積層体（１）有しており、
前記積層体（１）の側面に安定化部材（４）が取り付けられており、
当該安定化部材は前記積層体（１）の高さを側面で固定して、電極層（３）への駆動電圧の印加時に当該高さが変化しない、
ことを特徴とするピエゾアクチュエータ。
【請求項２】
前記安定化部材（４）は前記積層体（１）の全高にわたって延在する薄板である、請求項１記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項３】
前記安定化部材（４）は面状に取り付けられている、請求項２記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項４】
前記安定化部材（４）ははんだ付け、接着または溶接によって取り付けられている、請求項３記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項５】
前記積層体（１）の相対する２つの側面にそれぞれ、電極層（３）をコンタクト接続する電気的コンタクト層（５）が配置されており、
各コンタクト層（５）上に安定化部材（４）が面状に取り付けられている、請求項１から３記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項６】
前記安定化部材（４）と、コンタクト層（５）への該安定化部材の取り付け部は導電性であり、
前記安定化部材（４）は、電気的外部接続部（６）によってコンタクト接続されている、請求項５記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項７】
前記安定化部材（４）は、孔が設けられている金属性薄板である、請求項１から６記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項８】
前記積層体（１）の相対する２つの側面にそれぞれ安定化部材（４）が取り付けられている、請求項１から７記載のピエゾアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は相互に重なっているピエゾ圧電層からなる積層体を有するピエゾアクチュエータに関する。ここでこれらのピエゾ圧電層はそれぞれ電極層によって相互に分断されている。
【０００２】
冒頭に記載した形式のピエゾアクチュエータは公知であり、このピエゾアクチュエータでは電極層はくし状に相互にかみ合っている構造体として構成されている。くし形部分（Ｋａｍｍ）に属している各電極層は積層体の縁部に配置されている、銀焼き付きペーストから製造されたコンタクト層によって電気的にコンタクト接続されている。種々異なるくし形部分に属する電極層が相互に重なり合っている積層体の中央領域では、電圧の印加時にアクチュエータは積層体の長手方向に伸張する。これに対して積層体の縁部領域では、この種の伸長は生じない。それ故に積層体のインアクチティブな縁部領域において引っ張り応力が結果として生じる。
【０００３】
通常はピエゾ圧電材料として使用されるセラミックの負荷能力は、引っ張りでは僅かである。中央領域と縁部領域との間の境界に生じる亀裂はセラミックの表面に伝播し、これによって構成部材の機能に害を与える。なぜならアクチュエータ内の電極層は、電圧供給のために側面で相互に導電接続ないしコンタクト接続されていなければならないからである。このようなコンタクト接続の遮断は電極層の電圧供給を妨害する。この問題はアクチュエータ駆動中の高い充電電流によってさらに厳しくなる。なぜならこれは損傷を受けたコンタクト個所で、この個所の抵抗加熱ひいてはまだ存在している導電性の残りの接続部の熱的な損傷につながる恐れがあるからである。
【０００４】
アクチュエータの縁部領域でこのような亀裂が生じるのを阻止するために、ピエゾアクチュエータには抑制して圧力が加えられなければならない。これは公知のピエゾアクチュエータではブルドン管（Ｒｏｈｒｆｅｄｅｒ）に積層体を緊締することによって行われる。このブルドン管は底面ないしカバー面を約８５０Ｎの一軸応力によって相互に押圧する。
【０００５】
これに加えて積層体の縁部に配置されたコンタクト層の遮断時に電極層が破損するのを回避するために、多数の単線が規則的な間隔でアクチュエータにはんだ付けされている。
【０００６】
ブルドン管内にアクチュエータを緊締することも、多数のはんだ個所をコンタクト層上に設けることも、公知のピエゾアクチュエータの相応する経済的な欠点備えたコストのかかる手法である。
【０００７】
それ故に本発明の課題は、積層体縁部での引っ張り負荷が簡単な手段によって低減されるピエゾアクチュエータを提供することである。
【０００８】
上述の課題は本発明と相応に、請求項１記載のピエゾアクチュエータによって解決される。本発明の有利な構成は別の請求項に記載されている。
【０００９】
本発明は相互に重なっているピエゾ圧電層からなる積層体を有するピエゾアクチュエータを提示する。このようなピエゾ圧電層間には電極層が配置されている。積層体の側面には安定化部材が取り付けられている。この安定化部材は積層体の高さを側面で次のように固定する。すなわちこの高さが電極層への駆動電圧の印加時に変化しないように固定する。
【００１０】
本発明のピエゾアクチュエータは、アクチュエータの駆動時に積層体の側面に生じる引っ張り力が安定化部材によって受容されるという利点を有する。これによって公知のブルドン管に相応するコストのかかる構造をなくすことができる。
【００１１】
さらに安定化部材は積層体の側面、すなわちピエゾ圧電層の亀裂が大きな損傷を引き起こす、まさにクリチカルな場所に取り付けられる。さらにこれによって本発明によるピエゾアクチュエータのコンパクトな構造が得られる。
【００１２】
有利には積層体の相対する２つの側面に安定化部材が配置されることによってアクチュエータの安定化がさらに改善される。
【００１３】
本発明によるピエゾアクチュエータの有利な実施形態では、安定化部材は薄板（Ｂｌｅｃｈ）として構成される。この薄板は積層体の全高にわたって延在する。安定化部材が薄板として構成されることによって、その安定性を固定して、異なったアクチュエータの実施に整合させる、非常に簡単かつ材料を省いた方法が可能である。この整合は例えば薄板用に選択された材料を介して、ないしは使用される薄板の厚さを介して行われる。このようにして安定化部材の機械的な安定性は最少の材料を使用して最適にされる。ここで特に有利には銅薄板またはアルミニウム薄板のような金属薄板を使用することができる。
【００１４】
安定化部材を面状に積層体の側面に取り付けるのはさらに特に有利である。この場合は生じた引っ張り力が積層体の側面全体に分散されるので、最小の固定力によって最大の安定性が得られる。
【００１５】
ここで安定化部材の取り付けは例えばはんだ付け、接着または溶接によっても行われる。
【００１６】
さらに積層体の相対する２つの側面にそれぞれ、電極層をコンタクト接続する電気的コンタクト層が配置され、各コンタクト層上に安定化部材が面状に取り付けられているピエゾアクチュエータは特に有利である。これによってこのようなピエゾアクチュエータは次の利点を有する。すなわち安定化部材によって電気的コンタクト層を効果的に、ピエゾ圧電層の引っ張り負荷による亀裂から保護することができるという利点である。これによって電極層の電気的なコンタクト接続の信頼性が改善される。
【００１７】
さらに安定化部材自体を電極層のコンタクト接続に用いることも有利である。これは安定化部材およびコンタクト層上へのその取り付け部を導電性に構成し、安定化部材が電気的外部接続部とコンタクト接続されることによって行われる。
【００１８】
安定化部材は充分な機械的安定性を有しており、それ故に電気的なコンタクト接続に使用されるコンタクト層だけとは異なり、機械的な引っ張り応力によって損傷を受けることはない。さらに安定化部材によって、信頼できるコンタクト部材を設けること、例えば柔軟性のあるモール（Ｌｉｔｚｅ）をはんだ付けすることが可能である。ここではんだ付け箇所は堅牢に構成され、外部の振動が生じた場合にも容易には損傷されない。
【００１９】
さらに安定化部材として孔が設けられている金属薄板を用いることができる。この種の薄板は、堅牢な薄板より材料の使用が僅かである、ないしは重量が軽いという利点を有する。薄板における孔によってこの種の薄板は、はんだ付けによって堅牢な薄板よりもより容易に取り付けられる。
【００２０】
以下で本発明を実施例およびこれに属する図に基づきより詳細に説明する。
【００２１】
図は本発明によるピエゾアクチュエータの例を断面図であらわした概略図である。
【００２２】
図には積層体１を有するピエゾアクチュエータが示されている。ここでこの積層体は相互に重なったピエゾ圧電層２からなる。このピエゾ圧電層２はピエゾセラミックからなる。このピエゾセラミックは６７重量％のＰｂ３Ｏ４、約１重量％のＮｄ２Ｏ３、２１重量％のＺｒＯ２および約１１重量％のＴｉＯ２を有している。しかし本発明はこのようなピエゾセラミックに制限されるものではなく、適切なピエゾ圧電特性を有している全てのピエゾ圧電層２によって実現される。
【００２３】
積層体１は電極層３を有している。この電極層はくし状に相互にかみ合っており、これによって多数のピエゾ圧電層２のピエゾ圧電効果が増える。電極層３は重量比９０／１０から７０／３０のあいだの銀とパラジウムの混合物からなる。積層体１は電極層３とピエゾ圧電層２を一緒に焼結することによって製造される。それ故に電極層３としては焼結条件で安定している全ての金属ないし合金が適している。従ってとりわけ銅からなる電極層３も考慮に値する。くし形部分に属する各電極層３は積層体１の外側に配置されたコンタクト層５によって相互に導通接続されている。このようなコンタクト層５は例えば銀焼き付きペーストから製造される。
【００２４】
積層体１は７×７ｍｍの底面を有する平行６面体の形状を有している。積層体の高さは６０ｍｍである。
【００２５】
コンタクト層５間に適切な電圧を加えた場合、積層体１は矢印によって示された２つの方向に伸長する。しかも有利には電極層３が相互に重なっている中央領域Ｍで伸長する。これに相応して、電極層３が相互に重なり合っていない縁部領域Ｒでは、積層体１は格段に僅かに伸長するる。これによって中央領域Ｍと縁部領域Ｒとのあいだのクリチカルな移行ゾーンで引っ張り負荷が生じる。ここでピエゾ圧電層２のこのような引っ張り負荷は積層体１の縁部まで達することがある。ピエゾ圧電層２が積層体１の縁部で亀裂するのを阻止するために、そこにそれぞれ安定化部材４が取り付けられる。
【００２６】
安定化部材４として例えば厚さ２ｍｍのアルミニウム薄板を使用することができる。安定化部材４は積層体１の全高にわたって延在しており、従ってはんだ付け等の適切な取り付け部とともに積層体１の高さを、ピエゾアクチュエータの作動時にもそれ以上この高さが変化しないように固定するのに適している。これによってピエゾ圧電層２の縁部領域Ｒで亀裂が生じることが効果的に阻止される。
【００２７】
さらに安定化部材４を金属導電性薄板として構成することが可能である。これによって安定化部材を電極層３の電気的なコンタクト接続にも使用することができる。これは例えば安定化部材４が銅線からなるモール７によって、固定した外部接続部６と導電性に接続されることによって行われる。
【００２８】
本発明は図示の実施例に制限されるものではなく、その最も普遍的な形で請求項１によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるピエゾアクチュエータの例を断面図であらわした概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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