專(zhuān)利名稱(chēng)：具有內(nèi)置接觸的壓電致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的特征所述的、例 如作為壓電噴射器的組件或者用來(lái)操作例如閥門(mén)或類(lèi)似物等機(jī)械組件 的、具有內(nèi)置接觸的壓電致動(dòng)器。
背景技術(shù)：
已知的是，在先前提到的壓電致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)中可以按照下述內(nèi)容 置入壓電元件，即，在利用所謂的壓電效應(yīng)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閥 門(mén)或類(lèi)似物的針閥升程進(jìn)行控制，其中，壓電元件由具有合適晶體結(jié) 構(gòu)的材料構(gòu)成。在加載外部電壓的時(shí)候，壓電元件做出機(jī)械式的反應(yīng)， 該反應(yīng)示為有關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)和電壓加載區(qū)域的、沿著可預(yù)定方向的壓 入或拉出。這種壓電致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)中作為所謂多層-驅(qū)動(dòng)器由多 個(gè)層組成，其中，內(nèi)部電極分別沿著作用方向設(shè)在層之間并分別外接 觸或內(nèi)接觸，其中，電壓通過(guò)內(nèi)部電極施加。在DE 103 35 019 Al中爿>開(kāi)了 一種壓電致動(dòng)器，它具有壓電元件， 該壓電元件具有由壓電層形成的多層結(jié)構(gòu)、還具有沿著作用方向在其 間設(shè)置的內(nèi)部電極，內(nèi)部電極可以被交替地加載正或負(fù)電荷。在這里， 內(nèi)部電極與接觸元件的交替接觸如下地進(jìn)行，即，接觸元件分別處于 壓電元件的內(nèi)部凹槽中并然后以合適的方式與各個(gè)內(nèi)部電極接觸。這 可以例如通過(guò)相應(yīng)地i殳計(jì)各個(gè)內(nèi)部電極來(lái)實(shí)施，內(nèi)部電極依賴(lài)于各極 性分別具有不同的設(shè)計(jì)方案并且交替地導(dǎo)入內(nèi)部凹槽。其中，為了實(shí)現(xiàn)外接觸而讓內(nèi)置的銷(xiāo)垂直于層式結(jié)構(gòu)向外引導(dǎo)。 在按照現(xiàn)有技術(shù)的壓電致動(dòng)器中，接觸元件是導(dǎo)電銷(xiāo)，導(dǎo)電銷(xiāo)利用導(dǎo) 電材料、例如聚合物如下地澆鑄而成，即，內(nèi)部電極與電源正極和電 源負(fù)極的分別接觸可以通過(guò)分別配給的銷(xiāo)實(shí)施。其中，導(dǎo)電材料應(yīng)該如下地提供，即它可以在預(yù)定的構(gòu)造空間中極在壓電致動(dòng)器的整個(gè)壽命期間電接觸。 發(fā)明內(nèi)容開(kāi)文所迷的、具有由壓電層形成的多層結(jié)構(gòu)、還具有沿著作用方 向在其間設(shè)置的內(nèi)部電極、并且內(nèi)部電極可以^f皮交替地加載正或負(fù)電 荷的壓電致動(dòng)器具有內(nèi)置交替的內(nèi)部電極接觸。其中，按照發(fā)明以具 有優(yōu)點(diǎn)的方式如下地構(gòu)成內(nèi)部接觸，即，芯電極設(shè)有在裝配之前就可 安置的導(dǎo)電彈性體作為外罩，該外罩具有預(yù)定的缺口式幾何體以用來(lái) 提高彈性。其中，缺口式幾何體優(yōu)選由沿著縱向螺旋形地圍繞外罩引導(dǎo)的缺口形成。通常，內(nèi)部芯電極的內(nèi)置的電聯(lián)接尤其在汽車(chē)燃料例如柴油噴射 系統(tǒng)中的壓電致動(dòng)器中使用時(shí)具有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谶@里可以改善相對(duì)于 "從外部加載在壓電致動(dòng)器上的燃油壓力"的高壓密封。引入了 "彈性覆層的芯電極，，的按照發(fā)明的公開(kāi)因此特別具有優(yōu) 點(diǎn)，因?yàn)椴蝗坏脑?huà)，把內(nèi)置接觸元件安置到相對(duì)小而長(zhǎng)的、作為具有大約lmm直徑且長(zhǎng)度為50ram至70ram的凹槽的孔中是相當(dāng)困難的。利 用所公開(kāi)的螺旋式引導(dǎo)的缺口還可以實(shí)現(xiàn)接觸元件的簡(jiǎn)易裝配，因?yàn)?就此而言只需 一定程度地對(duì)接觸元件進(jìn)刊-旋入。同時(shí)，在現(xiàn)有技術(shù)中所必須的"對(duì)孔進(jìn)行額外的填充"也得以省 略。此外，備好的接觸元件作為連接電極按照發(fā)明可以在裝入孔之前 就已經(jīng)在壓電致動(dòng)器之外得到電子式和機(jī)械式的檢測(cè)。所公開(kāi)的按照發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)缺口式幾何體具有優(yōu)點(diǎn)地具備最 佳的彈性，其中，正如上面提到的那樣，缺口式幾何體優(yōu)選螺旋式地通過(guò)接觸元件的整個(gè)長(zhǎng)度延伸，并且在壓電致動(dòng)器的整個(gè)壽命期間利 用壓電元件的強(qiáng)烈升程變化將足夠的壓應(yīng)力施加給孔并實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電極 的良好接觸。而且還不會(huì)在接觸元件上建立靜態(tài)的壓力。另外，如果 缺口式幾何體為了進(jìn)一步改善彈性而還附加具有至少一個(gè)縱向切槽， 那么也是具有優(yōu)點(diǎn)的。在第一實(shí)施例中，芯電極作為具有恒定圓周的銷(xiāo)構(gòu)成，根椐第二 實(shí)施例，芯電極設(shè)有錐形的、向著壓電致動(dòng)器頂部漸窄的橫截面，從 而彈性尤其在升程有效的頂部中通過(guò)增厚的外罩得以改善。在第三實(shí) 施例中，芯電極螺線(xiàn)式地構(gòu)成，從而本質(zhì)上為金屬質(zhì)地的芯電極也能夠加入確定的才幾械式升程。另外一種實(shí)施例涉及作為具有恒定圓周的銷(xiāo)構(gòu)成的芯電極，其中 設(shè)有用來(lái)容納接觸元件的孔，該孔具有錐形地向著壓電致動(dòng)器頂部漸 窄或漸寬橫截面。就此而言，接觸元件分別從具有較寬橫截面的側(cè)面 裝入，從而不僅顯出了更好的可裝配性，而且也顯出了接觸元件的可 拆除性。對(duì)于最后提到的實(shí)施例中的裝配而言，在孔的內(nèi)壁上用來(lái)接受接 觸元件的彈性體的壓應(yīng)力可以通過(guò)裝配力得到輕易控制。就此而言， 對(duì)芯電極進(jìn)行降溫也是有益的。在各種情況下都能夠輕易地施行向著 錐口的拆除。


按照發(fā)明的壓電致動(dòng)器的實(shí)施例借助附圖來(lái)闡述。其中 圖1是按照現(xiàn)有技術(shù)的具有用于內(nèi)部電極的內(nèi)置接觸的壓電致動(dòng) 器的縱向截面；圖2a和圖2b分別是按照發(fā)明的具有內(nèi)置接觸的壓電致動(dòng)器實(shí)施 例的局部縱向截面和橫截面，其中，芯電極設(shè)有具備第一幾何形狀的 導(dǎo)電彈性體；圖3a和圖3b分別是按照發(fā)明的具有內(nèi)置接觸的壓電致動(dòng)器實(shí)施 例的局部縱向截面和橫截面，其中，芯電極設(shè)有具備第二幾何形狀的 導(dǎo)電彈性體；圖4是按照發(fā)明的具有內(nèi)置接觸的壓電致動(dòng)器實(shí)施例的局部縱向 截面，其中設(shè)有具備導(dǎo)電彈性體的錐形芯電極；圖5是按照發(fā)明的具有內(nèi)置接觸的壓電致動(dòng)器實(shí)施例的局部縱向 截面，其中設(shè)有具備導(dǎo)電彈性體的螺線(xiàn)形芯電極；圖6是按照發(fā)明的具有內(nèi)置接觸的壓電致動(dòng)器實(shí)施例的局部縱向 截面，其中具有用于芯電極的上寬式錐形孔；以及圖7是按照發(fā)明的具有內(nèi)置接觸的壓電致動(dòng)器實(shí)施例的局部縱向 截面，其中具有用于芯電極的上窄式錐形孔。
具體實(shí)施方式
圖1中示出一個(gè)壓電元件，它基本上是按照現(xiàn)有技術(shù)DE 1 03 35 019Al作為所謂多層件構(gòu)成的壓電致動(dòng)器1的組件，其中，壓電元件由具 有合適晶體結(jié)構(gòu)的石英材料的壓電膜構(gòu)成，從而在利用所謂壓電效應(yīng)的情況下，當(dāng)外部電壓加載到這里僅以舉例的方式示出并具有附圖標(biāo) 記2和3的內(nèi)部電極上時(shí)，壓電致動(dòng)器1做出沿著作用方向4的機(jī)械 式反應(yīng)。在壓電致動(dòng)器1的內(nèi)部具有兩個(gè)沿縱向延伸的凹槽或孔5和6， 其中，具有相應(yīng)表面設(shè)計(jì)的內(nèi)部電極2和3根據(jù)極性4皮引導(dǎo)到左側(cè)孔5 或右側(cè)^L 6上。在孔5和6中具有接觸元件，接觸元件在這里是作為芯電極7和8 存在的圓銷(xiāo)，它們通過(guò)澆鑄牢固地嵌入導(dǎo)電而又彈性的材料9、例如聚 合物中。芯電極7和8以及導(dǎo)電材料9從外部接觸內(nèi)部電極，從而在 電壓加栽到芯電極7和8的接觸區(qū)域(在圖1中設(shè)置在下方)時(shí)可以 引起前述效果。本質(zhì)上為金屬質(zhì)地的芯電極7和8的裝配在現(xiàn)有技術(shù) 中與在按照發(fā)明的實(shí)施例中同樣是必要的，因?yàn)閮H僅彈性的材料的導(dǎo) 電能力原則上不足以大到能夠傳導(dǎo)用來(lái)控制內(nèi)部電極2和3的全部電 流。從圖2a和2b中可以分別看到例如作為局部縱向截取部分以及作 為橫向截取部分的具有金屬芯電極10的按照發(fā)明的裝置，金屬芯電極 10在插入孔5之前就已經(jīng)設(shè)有導(dǎo)電的外罩11、例如彈性的導(dǎo)電膠或彈 性體。外罩11在該實(shí)施例中設(shè)有以螺旋設(shè)置的缺口 12為形式的缺口 空間。通過(guò)經(jīng)過(guò)外罩11全部區(qū)域螺旋設(shè)置的缺口 12使得裝入孔5中 更為簡(jiǎn)單，并且在工作期間當(dāng)外罩ll的材料可能發(fā)生熱膨脹的時(shí)候確 保安全的電接觸。從圖3a和3b中可以看到例如作為局部縱向截取部分以及作為橫 向截取部分的一種對(duì)圖2a和2b所示設(shè)置方式的轉(zhuǎn)變，其中，螺旋式 缺口 13具有不同的幾何尺寸，其中，缺口間隔和隨之的螺距h相對(duì)于 內(nèi)部電極2和3的間距而言不應(yīng)該選擇的更小，例如h 2d..., 6d,以便 于在缺口寬度s為大約lxd的時(shí)候形成相對(duì)于內(nèi)部電極不大于90°的接 觸豁口。就此而言，內(nèi)部電極的接觸可以盡可能彈性地對(duì)壓電致動(dòng)器1 的升程做出反應(yīng)并至少避免外罩11和孔5之間的滑差。在圖3b所示的橫截面中示出了作為擴(kuò)展的設(shè)置縱向切槽14的可 能性，利用縱向切槽14可以在該實(shí)施例中進(jìn)一步改善彈性。圖4示出一個(gè)具有錐形芯電極15的實(shí)施例，錐形芯電極15以類(lèi)似于圖3a的方式具有含螺旋式缺口 13的外罩U。對(duì)于按照?qǐng)D4的芯 電極15而言，具有較大周長(zhǎng)的區(qū)域位于壓電致動(dòng)器1的底部、具有較 小周長(zhǎng)的區(qū)域位于壓電致動(dòng)器1的頂部區(qū)域中。從而外罩11在具有最 大壓電致動(dòng)器1升程(例如70至100miti)的頂部區(qū)域中充滿(mǎn)最大區(qū)域 并因此讓該區(qū)域具有大的彈性。在圖5中示出了一種具有螺線(xiàn)式芯電極10的實(shí)施例，螺線(xiàn)式芯電 極10同樣以類(lèi)似于圖3a的方式具有含螺旋式缺口 13的外罩11。對(duì)于 按照?qǐng)D5的螺線(xiàn)形芯電極16而言，芯電極16可以至少部分地加入壓 電致動(dòng)器1的升程而不會(huì)由此在外罩11上出現(xiàn)較小的移動(dòng)。圖6示出了一種具有銷(xiāo)形芯電極10的實(shí)施例，銷(xiāo)形芯電極10同 樣以類(lèi)似于圖3a的方式具有含螺旋式缺口 13的外罩11。在該實(shí)施例 中具有孔l7,孔17具有從壓電致動(dòng)器1底部向其頂部以圓錐方式逐漸 變細(xì)的橫截面。就此而言，孑L 17中的壓應(yīng)力可以在裝配期間提高，并 且可以使得內(nèi)部電極接觸具有簡(jiǎn)易的可拆除性。在按照?qǐng)D6的實(shí)施例中可以為了改善孔17中的電接觸而在裝配之 前給孔17設(shè)置幾乎不會(huì)致臟的導(dǎo)電膠。在圖7所示的實(shí)施例中示出了一種銷(xiāo)形芯電極10,它同樣以類(lèi)似 于圖3a的方式具有含螺旋式缺口 13外罩。在該實(shí)施例中具有孔8，孔 8具有從壓電致動(dòng)器1的上方的底部到頂部錐形擴(kuò)大的橫截面。對(duì)于圖7所示的實(shí)施例而言，裝配從下方進(jìn)行，也就是說(shuō)從頂部 進(jìn)行，從而在這里也可以提高裝配時(shí)孔18中的壓應(yīng)力。因此，就該實(shí) 施例而言，在壓電致動(dòng)器1產(chǎn)生最大升程的頂部區(qū)域中，外罩ll具有 最大彈性。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明在工業(yè)中可以用在具有內(nèi)燃機(jī)的汽車(chē)的燃料例如柴油的噴 射系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.壓電致動(dòng)器，具有-壓電元件，所述壓電元件包括由壓電層形成的多層結(jié)構(gòu)和沿著作用方向在所述壓電層間設(shè)置的內(nèi)部電極(2，3)，所述內(nèi)部電極可以被交替地加載正或負(fù)電荷，還具有-內(nèi)部電極(2，3)的交替?zhèn)鹊慕佑|，所述接觸利用分別由芯電極(7，8；10；15；16)和導(dǎo)電的彈性外罩(9；11)組成的接觸元件實(shí)現(xiàn)，所述接觸元件位于壓電元件的內(nèi)部凹槽(5，6；17，18)中并同時(shí)垂直于層結(jié)構(gòu)地向外引導(dǎo)，其特征在于-芯電極(10；15；16)設(shè)有在裝配之前就可安置的導(dǎo)電的彈性體(11)作為外罩，彈性體具有提高彈性的預(yù)定的缺口式幾何體(12；13)。
2. 按權(quán)利要求1所述的壓電致動(dòng)器，其特征在于-所述缺口式幾何體由沿著縱向螺旋式地圍繞外罩(11)引導(dǎo)的 缺口 ( 12; 13)構(gòu)成。
3. 按權(quán)利要求2所述的壓電致動(dòng)器，其特征在于-螺旋式缺口 ( l3)的螺距(h)與缺口寬度(s)相關(guān)并且相對(duì) 于內(nèi)部電極(2, 3)的距離(d)這樣地調(diào)節(jié)，使得接觸豁口不超過(guò)大 約90°。
4. 按前述權(quán)利要求之一所述的壓電致動(dòng)器，其特征在于 -缺口式幾何體(13)附加具有至少一個(gè)縱向切槽(14)。
5. 按前述權(quán)利要求之一所述的壓電致動(dòng)器，其特征在于 -芯電極(10)作為具有恒定圓周的銷(xiāo)構(gòu)成。
6. 按前述權(quán)利要求1至4之一所述的壓電致動(dòng)器，其特征在于 -芯電極(15)具有錐形地向著壓電致動(dòng)器(1)的頂部漸窄變化的橫截面。
7. 按權(quán)利要求1至4之一所述的壓電致動(dòng)器，其特征在于 -芯電極(16)螺線(xiàn)式地構(gòu)成。
8. 按權(quán)利要求1至4之一所述的壓電致動(dòng)器，其特征在于 -芯電極(10)作為具有恒定圓周的銷(xiāo)構(gòu)成，以及-用來(lái)接受接觸元件的孔(17)具有錐形地向著壓電致動(dòng)器(1)的頂部漸窄變化的橫截面。
9. 按權(quán)利要求1至4之一所述的壓電致動(dòng)器，其特征在于 -芯電極(10)作為具有恒定圓周的銷(xiāo)構(gòu)成，以及-用來(lái)接受接觸元件的孔(18)具有錐形地向著壓電致動(dòng)器(1) 的底部漸窄變化的橫截面。
10. 按前述權(quán)利要求之一所述的壓電致動(dòng)器，其特征在于-所述全部設(shè)置可以用在汽車(chē)中的燃油噴射的針閥升程控制中。
全文摘要
用于壓電噴射器或者操作其他機(jī)械組件的壓電致動(dòng)器，它具有由壓電元件的壓電層形成的多層結(jié)構(gòu)和沿著作用方向在壓電層之間設(shè)置的內(nèi)部電極(2，3)，內(nèi)部電極(2，3)可以被交替地加載正電荷和負(fù)電荷，還具有交替的內(nèi)部電極(2，3)接觸，所述接觸利用分別由芯電極(10；15；16)和導(dǎo)電的彈性外罩(9；11)組成的接觸元件實(shí)施，所述接觸元件位于壓電致動(dòng)器(1)的內(nèi)部凹槽(5，6；17，18)中并且垂直于層結(jié)構(gòu)向外引導(dǎo)。芯電極(10；15；16)設(shè)有在裝配之前就可安置的導(dǎo)電彈性體(11)作為外罩，彈性體(11)具有提高彈性的預(yù)定的缺口式幾何體(12；13)。缺口式幾何體優(yōu)選由沿著縱向螺旋式地圍繞外罩(11)引導(dǎo)的缺口(12；13)組成。
文檔編號(hào)H01L41/047GK101248540SQ200680031009
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
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