專利名稱：壓電執(zhí)行元件的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種尤其是用于操作汽車的控制閥或噴油閥的壓電執(zhí)行元件，它具有一個(gè)多層的層壓結(jié)構(gòu)形式的執(zhí)行元件體，該層壓結(jié)構(gòu)由許多層疊的壓電材料層以及位于其間的、起電極作用的金屬或?qū)щ妼訕?gòu)成。所述電極層交替地通過(guò)沿執(zhí)行元件體縱向沿外表側(cè)并且相互對(duì)置的、至少為平面電極條形式的金屬外電極接通，其中，外電極與用于將壓電執(zhí)行元件與一個(gè)電壓相連接的連接導(dǎo)線相連接。
這樣的壓電執(zhí)行元件例如在羅伯特·博施公司的DE19650900A1中公開(kāi)了。
當(dāng)這樣的壓電多層執(zhí)行元件的電極層承受脈沖電壓時(shí)，它在改變其兩端之間間距的情況下類似地執(zhí)行脈動(dòng)行程。在所述的DE19650900A1中，將電壓傳給電極層、沿執(zhí)行元件體縱向位于外殼面兩側(cè)的金屬外電極覆蓋了執(zhí)行元件體的有效區(qū)域。
在壓電多層執(zhí)行元件工作時(shí)，由于抗拉強(qiáng)度低，所以可能在由壓電陶瓷(例如鉛鋯鈦酸鹽)構(gòu)成的堆疊薄膜與金屬或?qū)щ姷碾姌O層之間出現(xiàn)分層，它作為裂紋向外傳入外電極中并可能導(dǎo)致電流中斷。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)因此，本發(fā)明的目的是，如此實(shí)現(xiàn)一種上述類型的壓電層壓執(zhí)行元件，即在外電極中中斷電流的裂紋被橋接并且由此提高了電接觸的可靠性并可以延長(zhǎng)壓電執(zhí)行元件的使用壽命。根據(jù)權(quán)利要求來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。
本發(fā)明的關(guān)鍵在于，直接靠置于執(zhí)行元件體上的平面電極條此外還與起橋接作用的附加電極相連，所述附加電極通過(guò)細(xì)的電支腳在許多位置上與平面電極條相接。
附加電極最好具有一個(gè)雙梳件的形式，它具有一個(gè)平行于電極條的梳背和兩個(gè)在側(cè)面與梳背相連的平行梳齒尖排，它們的梳齒尖構(gòu)成了彈性支腳并與平面電極條相接通。
這種雙梳狀附加電極的優(yōu)點(diǎn)是，由于彈性梳齒尖細(xì)，所以很容易且能可靠地將它固定在電極條上。尤其是為了接通可以采用厚度隨意的釬焊層，這種釬焊層還被用于執(zhí)行元件體的散熱。
雙梳件的許多可行設(shè)計(jì)方案允許最佳的固定、簡(jiǎn)化制造以及實(shí)現(xiàn)將雙梳附加電極固定到平面電極條上的最佳控制。
起到附加電極作用的雙梳件在被固定在執(zhí)行元件體上的平面電極條上后顯示出自身穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性能可以通過(guò)附加彈性體而進(jìn)一步加強(qiáng)。所述兩個(gè)梳齒排在壓電執(zhí)行元件的使用壽命內(nèi)具有高的克服可能出現(xiàn)的裂紋的可靠性。
通過(guò)幾乎封閉的梳背和排熱的彈性體，可以良好地冷卻執(zhí)行元件體。
本發(fā)明的壓電執(zhí)行元件可以有利地被用于汽車中的柴油或汽油噴油器中。這樣的壓電執(zhí)行元件可以有利地代替通常在噴油器中被用作調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的電磁系統(tǒng)，這是因?yàn)樗梢愿焖俚乇唤油刂啤?br> 本發(fā)明壓電執(zhí)行元件的上述和其它的有利特征通過(guò)下面的描述本發(fā)明壓電執(zhí)行元件的多個(gè)實(shí)施例的說(shuō)明書(shū)內(nèi)容進(jìn)一步清楚地說(shuō)明，如果參靠附圖來(lái)閱讀它們的話。
圖面簡(jiǎn)介

圖1以透視圖示意地表示配備有雙梳附加電極的本發(fā)明壓電執(zhí)行元件的優(yōu)選實(shí)施例的局部。
圖2以俯視圖表示圖1的優(yōu)選實(shí)施例。
圖3-圖9分別表示一個(gè)雙梳形附加電極及其被固定在電極條上的情況的各種實(shí)施例。
圖10A、10B示意地表示兩個(gè)可以借助導(dǎo)線進(jìn)行的雙梳形附加電極的制造方法。
圖11A、11B示意地示出成電極刷形式的本發(fā)明附加電極的一個(gè)替換如上所述，在這種壓電多層執(zhí)行元件工作過(guò)程中，由于抗拉強(qiáng)度低，所以可能在陶瓷壓電材料與金屬內(nèi)電極之間出現(xiàn)分層，它會(huì)作為裂紋向外傳入平面電極條3中并可能導(dǎo)致電流中斷。在圖1中舉例畫(huà)出了這樣的裂紋4。通過(guò)成雙梳形式的且由一個(gè)平行于平面電極條3的梳背10和兩個(gè)垂直地從梳背10彎向所屬平面電極條3的尖頭側(cè)邊構(gòu)成的附加電極5可以橋接如受裂紋4威脅而引起的電流中斷，其中，邊緣的窄梳齒尖與平面電極條3電連通。雙梳件的細(xì)梳齒尖6構(gòu)成了許多個(gè)電支腳，它們可以彈性地接收由執(zhí)行元件行程決定的執(zhí)行元件體1的運(yùn)動(dòng)并由此確保附加電極5可持久地與平面電極條3接觸。彈性梳齒尖6可以插入平面電極條3中或者例如釬焊、焊接或粘接地被固定在表面上。
顯然，圖1的透視圖只畫(huà)出了矩形壓電執(zhí)行元件的一側(cè)。
圖2所示的這種壓電執(zhí)行元件的示意俯視圖示出了這樣的結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)雙梳形附加電極5在一個(gè)執(zhí)行元件體1的外殼側(cè)上彼此對(duì)置并且分別與一個(gè)平面電極條3電接通。
以下，參見(jiàn)圖3-圖9描述根據(jù)本發(fā)明用作附加電極5的雙梳電極的各種形式。圖3表示一個(gè)具有平面梳背10和從所述梳背以90度彎曲的梳齒尖6以及在梳背10上具有孔或洞8的扁平雙梳電極5。
根據(jù)需要，塑料、粘結(jié)劑或彈性體9(參見(jiàn)圖4)可以通過(guò)孔8被注入以便固定雙梳件5和/或向外散熱。
圖5表示起附加電極5作用的雙梳電極的另一個(gè)實(shí)施例，其中，梳齒尖6從平面梳背10起略微彎向電極條3并且通過(guò)其各自的端部與各自的電極條3相接觸。固定可以通過(guò)釬焊(硬釬焊或軟釬焊)、激光焊或點(diǎn)焊、摩擦焊或粘接實(shí)現(xiàn)。向外突起的梳齒尖6的固定質(zhì)量容易被控制。
圖6示出了適合用作附加電極5的雙梳電極的另一個(gè)實(shí)施例。位于平面梳背10兩側(cè)的梳齒尖首先從梳背10起以90度彎向電極條3并隨后向內(nèi)彎曲，平行于電極條3。
在圖7中畫(huà)出了適合用作附加電極5的本發(fā)明雙梳電極的另一個(gè)實(shí)施例，其中梳背10和梳齒尖6大致位于一個(gè)平面內(nèi)。為了防止被完全焊牢(如果使用釬焊)，在梳背10下方的中央涂覆阻焊漆13。如果不用釬焊，則使用一個(gè)作為彈性體層構(gòu)造的墊片13保持了在平面電極條3與梳背10之間的所需間距。另外，一個(gè)PTFE層13或由類似材料構(gòu)成的層可以起到防磨損保護(hù)或阻尼層的作用。
圖8表示適合用作附加電極5的本發(fā)明雙梳電極的另一個(gè)可行實(shí)施例，它具有帶圓形梳背10的半圓形或橢圓形橫截面形狀。
圖9A、9B、9C表示適合用作本發(fā)明壓電執(zhí)行元件的附加電極5的本發(fā)明雙梳電極的另一個(gè)實(shí)施例，它是按照與圖6類似的方式成形的并且在平面梳背10的兩側(cè)具有梳齒尖6，所述梳齒尖相對(duì)梳背10大致彎曲90度。
圖9A示出了墊片或一層阻焊漆13。
如圖9B所示，代替墊片或阻焊漆層13，也可以采用一個(gè)繞著角部而一直覆蓋到梳齒尖6端部附近的彈性體片或塑料片13a。
圖9C所示的、適合用作附加電極5的、具有任意橫截面形狀(如圖8所示的矩形、圓形或橢圓形)的雙梳電極的平面圖示出了這樣的結(jié)構(gòu)，即用作彈性腳的梳齒尖6在梳背10或11的兩側(cè)在雙梳件縱向上錯(cuò)開(kāi)了梳齒尖6的半個(gè)間隔d。出現(xiàn)在執(zhí)行元件體1中的裂紋14至少筆直地(即垂直于執(zhí)行元件體1外邊地)經(jīng)過(guò)外電極的平面電極條3。由于使梳齒尖6錯(cuò)開(kāi)了半個(gè)間隔d，所以裂紋只影響一個(gè)梳齒尖，而對(duì)面的錯(cuò)位梳齒尖保持完全固定。間隔2d和梳齒槽寬b可以這樣適應(yīng)于盡可能小的裂致間距，使得沒(méi)有裂紋在兩個(gè)對(duì)置腳6內(nèi)穿過(guò)。
至此所描述的適合用作附加電極5的雙梳件例如可以由合適材料的金屬板通過(guò)沖裁出合適的雙梳形狀來(lái)制造，必要時(shí)同時(shí)彎曲兩個(gè)梳齒排。另外，也可以通過(guò)激光切割由一個(gè)合適材料的板制造出精確的雙梳結(jié)構(gòu)。
圖10A、10B表示適合用作附加電極5的雙梳件的簡(jiǎn)單制造方法的其它例子。為此，根據(jù)圖10A，把一根導(dǎo)線15粘接、焊接或釬焊到一個(gè)板帶16上并且切掉線端部17，這樣一來(lái)，就形成了一個(gè)適合用作本發(fā)明壓電執(zhí)行元件的附加電極的具有很細(xì)梳齒尖6的雙梳件。
根據(jù)圖10B，作為一種替換方式，由金屬篩網(wǎng)制成了適用作本發(fā)明壓電執(zhí)行元件的附加電極5的雙梳件。為此，篩網(wǎng)的金屬橫線18必須在側(cè)面突出一段足夠長(zhǎng)的距離c，從而形成了雙梳件結(jié)構(gòu)。
在以上說(shuō)明書(shū)中，針對(duì)附加電極5描述了各種各樣的雙梳電極。然而根據(jù)圖11A，刷狀構(gòu)件19也可以被用作另一種附加電極5，它具有大致垂直地由一個(gè)平面金屬刷背突出的彈性金屬鬃20，鬃端部如圖11B所示與電極條3觸點(diǎn)接通。
在所有上述實(shí)施例中，用作附加電極5的雙梳件或如圖11所示的刷狀結(jié)構(gòu)的梳齒尖或刷鬃被硬釬焊或軟釬焊或激光焊、點(diǎn)焊、摩擦焊、粘接連接到電極條3上。另外，可以用導(dǎo)電粘結(jié)劑進(jìn)行粘接。在釬焊、焊接或粘接過(guò)程中，容易控制由梳背或刷背突出的梳齒尖或刷鬃與電極3連接的質(zhì)量。
同時(shí)，由于梳齒尖或刷鬃很細(xì)，所以可以簡(jiǎn)單且可靠地將附加電極5固定到平面電極條3上?？梢圆捎镁哂腥我夂穸鹊拟F焊層。各種所述的梳齒尖或刷鬃的實(shí)施例都可以實(shí)現(xiàn)最佳的固定、成本低廉的制造以及對(duì)把梳齒尖或刷鬃固定到電極條3上的可靠控制。由于附加電極5與電極條3之間的接觸少，所以附加電極5在大多數(shù)情況下比陶瓷大的熱膨脹只產(chǎn)生很小的剪切應(yīng)力并因而產(chǎn)生了高的防故障安全性。
附加電極在其被裝在平面電極條上之后通過(guò)其形狀或通過(guò)其附加涂覆的彈性體層而獲得了足夠的自身穩(wěn)定性。雙梳件可以通過(guò)多種方式低成本地制造。由于適合用作附加電極的梳齒狀電極根據(jù)建議具有兩個(gè)梳齒尖排，所以產(chǎn)生了高的可靠性，從而梳齒電極的盡可能多的梳齒尖與所屬電極條導(dǎo)電連接。從孔8看，通過(guò)雙梳件的幾乎被封閉的金屬梳背和一個(gè)可能涂覆上的導(dǎo)熱彈性體而可以獲得良好的執(zhí)行元件散熱的可能性。
權(quán)利要求
1．一種尤其是用于操作汽車中控制閥或噴油閥的壓電執(zhí)行元件，它具有一個(gè)形式為多層層壓結(jié)構(gòu)的執(zhí)行元件體(1)，該層壓結(jié)構(gòu)由許多層壓電材料疊層以及位于其間的、用作電極的金屬或?qū)щ妼?2a,2b)構(gòu)成，這些電極層交替地通過(guò)沿執(zhí)行元件體(1)縱向在外表側(cè)并且相互對(duì)置的、至少為平面電極條(3)形式的金屬外電極(3,5)相接通，其中，外電極(3,5)與用于將壓電執(zhí)行元件與一個(gè)電壓相連的連接導(dǎo)線(7)相接通，其特征在于，外電極(3,5)此外具有附加電極(5)，它們通過(guò)彈性細(xì)支腳(6)在多個(gè)位置上與平面電極條(3)接通。
2．如權(quán)利要求1所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，附加電極(5)是平行于電極條(3)的且具有構(gòu)成彈性支腳的等間距梳齒尖(6)的梳狀條。
3．如權(quán)利要求1或2所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，附加電極構(gòu)成平行于電極條(3)的雙梳件，它們具有一個(gè)梳背(10,11)和與梳背相連的兩個(gè)平行的側(cè)梳齒尖排，它們的梳齒尖(6)是彈性支腳。
4．如權(quán)利要求3所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，梳齒尖(6)從梳背(10)大致垂直地彎向電極條(3)并且只有梳齒尖(6)的端部與相應(yīng)的電極條(3)相互接觸。
5．如權(quán)利要求3所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，梳齒尖(6)從梳背(10)起以平坦的角度彎向電極條(3)并且梳齒尖(6)的端部段與相應(yīng)的電極條(3)接觸。
6．如權(quán)利要求3所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，兩側(cè)帶梳齒尖(6)梳背(11)具有大致成半圓形或橢圓形的橫截面。
7．如權(quán)利要求3所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，梳背(11)與兩側(cè)的梳齒尖(6)大致位于一個(gè)平面內(nèi)。
8．如權(quán)利要求3-7之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，一個(gè)墊片(13)位于梳背(10,11)與所屬電極條(3)之間。
9．如權(quán)利要求8所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，墊片(13)作為彈性體墊或阻焊漆層構(gòu)成。
10．如權(quán)利要求3-9之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，等間距的梳齒尖(6)在梳背(10,11)的兩側(cè)在雙梳件的縱向上彼此相對(duì)錯(cuò)開(kāi)了半個(gè)梳齒尖(6)間隔。
11．如權(quán)利要求1所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，附加電極(5)構(gòu)成一個(gè)平行于相應(yīng)電極條(3)的電極刷(19)，其刷鬃(20)構(gòu)成了與電極條(3)接通的彈性支腳。
12．如權(quán)利要求2-11之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，梳背或刷背(10,11,12)具有多個(gè)孔(8)。
13．如前述權(quán)利要求之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，連接導(dǎo)線(7)分別與附加電極(5)相連。
14．如前述權(quán)利要求之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，附加電極(5)的彈性支腳或梳齒尖(6)或刷鬃(20)通過(guò)一個(gè)釬焊層與電極條(8)釬焊在一起。
15．如權(quán)利要求1-13之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，附加電極的彈性支腳或梳齒尖(6)或刷鬃(20)通過(guò)一個(gè)導(dǎo)電粘結(jié)劑層與電極條(3)相連。
16．如權(quán)利要求1-13之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，附加電極(5)的彈性支腳或梳齒尖(6)或刷鬃(20)通過(guò)激光焊點(diǎn)與電極條(3)相連。
17．如權(quán)利要求1-13之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，附加電極(5)的彈性支腳或梳齒尖(6)或刷鬃(20)與電極條(3)粘接在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其是用于操作汽車中控制閥或噴油閥的壓電執(zhí)行元件,它具有一個(gè)形式為多層層壓結(jié)構(gòu)的執(zhí)行元件體(1),該層壓結(jié)構(gòu)由許多層壓電材料疊層以及位于其間的、用作電極的金屬或?qū)щ妼?2a,2b)構(gòu)成,這些電極層交替地通過(guò)沿執(zhí)行元件體(1)縱向在外表側(cè)并且相互對(duì)置的、至少為平面電極條(3)形式的金屬外電極(3,5)相接通,其中,外電極(3,5)與用于將壓電執(zhí)行元件與一個(gè)電壓相連的連接導(dǎo)線(7)相接通,其特征在于,外電極(3)此外具有附加電極(5),它們通過(guò)彈性細(xì)支腳(6)在多個(gè)位置上與平面電極條(3)相接通。
文檔編號(hào)F02M51/00GK1302458SQ00800631
公開(kāi)日2001年7月4日 申請(qǐng)日期2000年3月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月20日
發(fā)明者魯?shù)婪颉ずＲ虼?申請(qǐng)人:羅伯特·博施有限公司