(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  多層構造のセラッミック圧電層とその間に配置されている内部電極（２，３）とを有し、
−  内部電極（２，３）は交互に側方で外部電極（６，７）に接点接続されていて、外部電極を介して電圧を供給可能であり、
−  第１の外部電極（６）として導電性の面がそれぞれ１つの側面に取り付けられていて、これらの導電性の面はそれぞれの内部電極（２，３）に接点接続されており、第２の網状、織物状あるいは波形の外部電極（７）が第１の外部電極（６）上に配置されており、その際第２の外部電極は少なくとも点状に第１の外部電極（６）に接点接続されており、かつその際接点接続部の間に伸長可能な範囲が位置しており、かつその際
−  その都度逆の側で接点接続されている内部電極（２，３）をそれぞれ有している圧電層の範囲内に内部電極層のない受動領域（１０）が存在しており、かつセラミック圧電材料の少なくとも受動領域（１０）と、第２の外部電極（７）の材料とが、１・１０-６・１/Ｋ〜１０・１０-６・１/Ｋの温度膨張係数を有している、
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
−  セラミック圧電層が鉛ジルコネートチタネートから成っている、
ことを特徴とする、
請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
−  第２の外部電極（７）が、場合により銅被膜を備えた、鉄ニッケル合金から製作されている、
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
−  第２の外部電極（７）が、アンバーから製造されている、
ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか記載の圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念の特徴を有している、例えば弁あるいは類似のもののような機械的構造部分の操作のための、圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
いわゆる圧電効果を利用して、適当な結晶構造を有する材料から圧電エレメントを構成し得ることは、一般に周知である。外部の電圧を印加する場合に、圧電エレメントの機械的な反応が行われ、これは、結晶構造及び電圧の印加範囲に関連して、所定の方向の押し力又は引き力を生ぜしめる。この場合この圧電アクチュエータは多層に構成することができ（多層アクチュエータ）、その際電圧を印加する電極はそれぞれ圧電層の間に配置される。
【０００３】
このような圧電アクチュエータは例えば自動車の燃料噴射システムにおける切り替え弁の駆動のために設けることができる。この場合圧電アクチュエータの運転の際に特に注意すべきことは、圧電層構造内の機械的な応力によって外部電極の範囲に亀裂が形成されないようにすることである。それぞれ一方又は他方の側で外部電極に接点接続されている内部電極はそれぞれ櫛の歯状に圧電層構造内に内蔵されているので、圧電層構造の方向で順次に続く内部電極は交互に一方又は他方の側で外部電極に接点接続しなければならない。圧電アクチュエータを操作する場合、換言すれば圧電層構造内で互いに向き合っている内部電極の間に電圧を印加する場合、内部電極の範囲並びに外部電極との接点接続箇所の範囲内で種々の機械的な力が生じ、この力は外部電極の範囲内で機械的な応力ひいては亀裂を生ぜしめることがある。
【０００４】
本発明の利点
例えば機械的な構造部分の操作のために使用することができる最初に述べた圧電アクチュエータは有利な形式で次のように改善されている。すなわちセラミック圧電層とその間に配置されている内部電極とから成る多層構造体において第１の外部電極として導電性の面がそれぞれ一方又は他方の側面に取り付けられていて、それぞれ所属の内部電極と接点接続されており、第２の網状、織物状又は波形の外部電極が第１の外部電極上に配置されている。第２の外部電極は少なくとも点状に第１の外部電極に接点接続されており、その際接点接続部の間に伸長可能な範囲が位置している。
【０００５】
その都度逆の側で接点接続されている内部電極をそれぞれ有している圧電層の範囲内に内部電極層のない受動領域が存在しており、その際本発明によればセラミック圧電材料が少なくとも受動領域において、かつ第２の外部電極の材料が、ほぼ同じ温度膨張係数を有している。
【０００６】
第１の外部電極は例えば、Ｎｉ、Ｎｉ+ＣｕあるいはＮｉ+ＰｂＳｎから成る薄い、例えば数μｍの厚さの層であることができ、直接に圧電アクチュエータの表面に付着し、第２の外部電極はこの場合、外部電極内の電流の流れを中断することがある横亀裂を防止するために配置されている。横亀裂は第１の外部電極において、圧電層内の受動領域における引き応力による内部電極内の層間剥離によって生ずる。網状の第２の外部電極の配置によって横亀裂がストップされ、場合により第１の外部電極内で中断される電流の流れが橋絡される。
【０００７】
更に圧電アクチュエータ内の温度が例えば−４０℃から+１６０℃に迅速に変化する場合に、圧電セラミック材料及び外部電極の材料の温度膨張係数が互いに著しく異なっていると、場合によっては大きなせん断応力によって第１の外部電極と圧電セラミックとの間に剥離が生ずることがある。この場合特に第２の外部電極は第１の外部電極の厚さ（約５μｍ）に比して太さが大きいため（約１００μｍ）、大きなせん断力を生ぜしめることになる。
【０００８】
特に有利な形式で、セラミック圧電層及び第２の外部電極が約１・１０-６・１/Ｋ〜１０・１０-６・１/Ｋの互いにほぼ等しい温度膨張係数を有していると、圧電アクチュエータ内の機械的な応力を減少させることができる。この場合セラミック圧電層の製作材料として鉛ジルコネートチタネートが、かつ第２の外部電極のための製作材料として鉄ニッケル合金、例えばアンバー、が考えられる。この材料のろう接可能性を改善するために、まず薄い（例えば５〜１０μｍ）の銅層で被覆することができる。次いでＳｎ-Ｐｂろう層を取り付けて、第２の外部電極を第１の外部電極上にろう接することができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態のこれらの及び別の特徴は明細書及び図面に記載されており、その際個々の特徴はそれぞれ単独であるいは複数組み合わせて、本発明の実施形において及び他の分野において実現することができ、有利な及びそれ自体保護可能な構成をなし、ここで権利を請求するものである。
【００１０】
実施例の説明
図１には圧電アクチュエータ１が示されており、これは自体公知の形式で、適当な結晶構造を有するセラミック材料の圧電フォイルから構成されており、いわゆる圧電効果を利用して、外部の電圧を内部電極２及び３に印加すると、圧電アクチュエータ１が機械的に反応する。図２からこの圧電アクチュエータの側面図を知ることができる。
【００１１】
内部電極２及び３には第１の面状の外部電極６が接点接続されており、第１の外部電極自体は第２の網状の外部電極７に、接触点８において例えばろう接又は溶接によって、接点接続されている。第１の外部電極６は例えばＮｉ、Ｎｉ+ＣｕあるいはＮｉ+ＰｂＳｎから成る薄い、例えば数μｍの厚さの層であることができ、直接に圧電アクチュエータの表面に付着している。
【００１２】
図３の細部断面図においては、図１及び２に示した圧電層構造及び側方に取り付けられた外部電極６及び７が示されている。ここに示されている受動領域１０においては、矢印１１で示した電界が強くなく、これによって圧電アクチュエータ１の伸長が自由に行われず、伸長は圧電アクチュエータ１のセラミック材料内の引き応力を介して強制される。これによって層間剥離１２が生じ、この層間剥離はこの場合若干の内部電極３において示されている。層間剥離１２はこの場合第１の外部電極６内の亀裂１３に移行することがある。もちろんこの亀裂１３は網状の第２の外部電極７によってストップされ、導電性に橋絡される。
【００１３】
更に図３においてはせん断亀裂１４も示されており、このせん断亀裂は、圧電層のセラミック材料と第１の外部電極６との間で、圧電材料と第２の外部電極７との温度膨張が異なることによって生じることがある。この場合比較的に薄い第１の外部電極６は大きな影響を有していない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  多層構造の圧電セラミック層及び内部電極並びに第１の面状の外部電極上の網状の外部電極を有する圧電アクチュエータの断面図を示す。
【図２】  図１の網状の外部電極の平面図を示す。
【図３】  圧電層の受動領域において発生する機械的なせん断応力及び横応力によって生ずる亀裂を示した層構造及び外部電極の細部断面図を示す。
【符号の説明】
１  圧電アクチュエータ、  ２  内部電極、  ３  内部電極、  ６  第１の面状外部電極、  ７  第２の網状外部電極、  ８  接触点、  １０  受動領域、  １１  矢印、  １２  層間剥離、  １３  亀裂、  １４  せん断亀裂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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