具有內置接觸的壓電致動器的製作方法

2023-06-05 19:08:06

專利名稱：具有內置接觸的壓電致動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種按照獨立權利要求的前序部分的特徵所述的、例 如作為壓電噴射器的組件或者用來操作例如閥門或類似物等機械組件 的、具有內置接觸的壓電致動器。
背景技術：
已知的是，在先前提到的壓電致動器的結構中可以按照下述內容 置入壓電元件，即，在利用所謂的壓電效應的情況下，可以實現對閥 門或類似物的針閥升程進行控制，其中，壓電元件由具有合適晶體結 構的材料構成。在加載外部電壓的時候，壓電元件做出機械式的反應， 該反應示為有關於晶體結構和電壓加載區域的、沿著可預定方向的壓 入或拉出。這種壓電致動器的結構在現有技術中作為所謂多層-驅動器由多 個層組成，其中，內部電極分別沿著作用方向設在層之間並分別外接 觸或內接觸，其中，電壓通過內部電極施加。在DE 103 35 019 Al中爿>開了 一種壓電致動器，它具有壓電元件， 該壓電元件具有由壓電層形成的多層結構、還具有沿著作用方向在其 間設置的內部電極，內部電極可以被交替地加載正或負電荷。在這裡， 內部電極與接觸元件的交替接觸如下地進行，即，接觸元件分別處於 壓電元件的內部凹槽中並然後以合適的方式與各個內部電極接觸。這 可以例如通過相應地i殳計各個內部電極來實施，內部電極依賴於各極 性分別具有不同的設計方案並且交替地導入內部凹槽。其中，為了實現外接觸而讓內置的銷垂直於層式結構向外引導。 在按照現有技術的壓電致動器中，接觸元件是導電銷，導電銷利用導 電材料、例如聚合物如下地澆鑄而成，即，內部電極與電源正極和電 源負極的分別接觸可以通過分別配給的銷實施。其中，導電材料應該如下地提供，即它可以在預定的構造空間中極在壓電致動器的整個壽命期間電接觸。 發明內容開文所迷的、具有由壓電層形成的多層結構、還具有沿著作用方 向在其間設置的內部電極、並且內部電極可以^f皮交替地加載正或負電 荷的壓電致動器具有內置交替的內部電極接觸。其中，按照發明以具 有優點的方式如下地構成內部接觸，即，芯電極設有在裝配之前就可 安置的導電彈性體作為外罩，該外罩具有預定的缺口式幾何體以用來 提高彈性。其中，缺口式幾何體優選由沿著縱向螺旋形地圍繞外罩引導的缺口形成。通常，內部芯電極的內置的電聯接尤其在汽車燃料例如柴油噴射 系統中的壓電致動器中使用時具有優點，因為在這裡可以改善相對於 "從外部加載在壓電致動器上的燃油壓力"的高壓密封。引入了 "彈性覆層的芯電極，，的按照發明的公開因此特別具有優 點，因為不然的話，把內置接觸元件安置到相對小而長的、作為具有大約lmm直徑且長度為50ram至70ram的凹槽的孔中是相當困難的。利 用所公開的螺旋式引導的缺口還可以實現接觸元件的簡易裝配，因為 就此而言只需 一定程度地對接觸元件進刊-旋入。同時，在現有技術中所必須的"對孔進行額外的填充"也得以省 略。此外，備好的接觸元件作為連接電極按照發明可以在裝入孔之前 就已經在壓電致動器之外得到電子式和機械式的檢測。所公開的按照發明的實施例通過缺口式幾何體具有優點地具備最 佳的彈性，其中，正如上面提到的那樣，缺口式幾何體優選螺旋式地通過接觸元件的整個長度延伸，並且在壓電致動器的整個壽命期間利 用壓電元件的強烈升程變化將足夠的壓應力施加給孔並實現內部電極 的良好接觸。而且還不會在接觸元件上建立靜態的壓力。另外，如果 缺口式幾何體為了進一步改善彈性而還附加具有至少一個縱向切槽， 那麼也是具有優點的。在第一實施例中，芯電極作為具有恆定圓周的銷構成，根椐第二 實施例，芯電極設有錐形的、向著壓電致動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增厚的外罩得以改善。在第三實 施例中，芯電極螺線式地構成，從而本質上為金屬質地的芯電極也能夠加入確定的才幾械式升程。另外一種實施例涉及作為具有恆定圓周的銷構成的芯電極，其中 設有用來容納接觸元件的孔，該孔具有錐形地向著壓電致動器頂部漸 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。對於最後提到的實施例中的裝配而言，在孔的內壁上用來接受接 觸元件的彈性體的壓應力可以通過裝配力得到輕易控制。就此而言， 對芯電極進行降溫也是有益的。在各種情況下都能夠輕易地施行向著 錐口的拆除。


按照發明的壓電致動器的實施例藉助附圖來闡述。其中 圖1是按照現有技術的具有用於內部電極的內置接觸的壓電致動 器的縱向截面；圖2a和圖2b分別是按照發明的具有內置接觸的壓電致動器實施 例的局部縱向截面和橫截面，其中，芯電極設有具備第一幾何形狀的 導電彈性體；圖3a和圖3b分別是按照發明的具有內置接觸的壓電致動器實施 例的局部縱向截面和橫截面，其中，芯電極設有具備第二幾何形狀的 導電彈性體；圖4是按照發明的具有內置接觸的壓電致動器實施例的局部縱向 截面，其中設有具備導電彈性體的錐形芯電極；圖5是按照發明的具有內置接觸的壓電致動器實施例的局部縱向 截面，其中設有具備導電彈性體的螺線形芯電極；圖6是按照發明的具有內置接觸的壓電致動器實施例的局部縱向 截面，其中具有用於芯電極的上寬式錐形孔；以及圖7是按照發明的具有內置接觸的壓電致動器實施例的局部縱向 截面，其中具有用於芯電極的上窄式錐形孔。
具體實施方式
圖1中示出一個壓電元件，它基本上是按照現有技術DE 1 03 35 019Al作為所謂多層件構成的壓電致動器1的組件，其中，壓電元件由具 有合適晶體結構的石英材料的壓電膜構成，從而在利用所謂壓電效應的情況下，當外部電壓加載到這裡僅以舉例的方式示出並具有附圖標 記2和3的內部電極上時，壓電致動器1做出沿著作用方向4的機械 式反應。在壓電致動器1的內部具有兩個沿縱向延伸的凹槽或孔5和6， 其中，具有相應表面設計的內部電極2和3根據極性4皮引導到左側孔5 或右側^L 6上。在孔5和6中具有接觸元件，接觸元件在這裡是作為芯電極7和8 存在的圓銷，它們通過澆鑄牢固地嵌入導電而又彈性的材料9、例如聚 合物中。芯電極7和8以及導電材料9從外部接觸內部電極，從而在 電壓加栽到芯電極7和8的接觸區域(在圖1中設置在下方)時可以 引起前述效果。本質上為金屬質地的芯電極7和8的裝配在現有技術 中與在按照發明的實施例中同樣是必要的，因為僅僅彈性的材料的導 電能力原則上不足以大到能夠傳導用來控制內部電極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的按照發明的裝置，金屬芯電極 10在插入孔5之前就已經設有導電的外罩11、例如彈性的導電膠或彈 性體。外罩11在該實施例中設有以螺旋設置的缺口 12為形式的缺口 空間。通過經過外罩11全部區域螺旋設置的缺口 12使得裝入孔5中 更為簡單，並且在工作期間當外罩ll的材料可能發生熱膨脹的時候確 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圖2a和2b所示設置方式的轉變，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相對於 內部電極2和3的間距而言不應該選擇的更小，例如h 2d..., 6d,以便 於在缺口寬度s為大約lxd的時候形成相對於內部電極不大於90°的接 觸豁口。就此而言，內部電極的接觸可以儘可能彈性地對壓電致動器1 的升程做出反應並至少避免外罩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展的設置縱向切槽14的可 能性，利用縱向切槽14可以在該實施例中進一步改善彈性。圖4示出一個具有錐形芯電極15的實施例，錐形芯電極15以類似於圖3a的方式具有含螺旋式缺口 13的外罩U。對於按照圖4的芯 電極15而言，具有較大周長的區域位於壓電致動器1的底部、具有較 小周長的區域位於壓電致動器1的頂部區域中。從而外罩11在具有最 大壓電致動器1升程(例如70至100miti)的頂部區域中充滿最大區域 並因此讓該區域具有大的彈性。在圖5中示出了一種具有螺線式芯電極10的實施例，螺線式芯電 極10同樣以類似於圖3a的方式具有含螺旋式缺口 13的外罩11。對於 按照圖5的螺線形芯電極16而言，芯電極16可以至少部分地加入壓 電致動器1的升程而不會由此在外罩11上出現較小的移動。圖6示出了一種具有銷形芯電極10的實施例，銷形芯電極10同 樣以類似於圖3a的方式具有含螺旋式缺口 13的外罩11。在該實施例 中具有孔l7,孔17具有從壓電致動器1底部向其頂部以圓錐方式逐漸 變細的橫截面。就此而言，孑L 17中的壓應力可以在裝配期間提高，並 且可以使得內部電極接觸具有簡易的可拆除性。在按照圖6的實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設置幾乎不會致髒的導電膠。在圖7所示的實施例中示出了一種銷形芯電極10,它同樣以類似 於圖3a的方式具有含螺旋式缺口 13外罩。在該實施例中具有孔8，孔 8具有從壓電致動器1的上方的底部到頂部錐形擴大的橫截面。對於圖7所示的實施例而言，裝配從下方進行，也就是說從頂部 進行，從而在這裡也可以提高裝配時孔18中的壓應力。因此，就該實 施例而言，在壓電致動器1產生最大升程的頂部區域中，外罩ll具有 最大彈性。工業實用性本發明在工業中可以用在具有內燃機的汽車的燃料例如柴油的噴 射系統中。
權利要求
1.壓電致動器，具有-壓電元件，所述壓電元件包括由壓電層形成的多層結構和沿著作用方向在所述壓電層間設置的內部電極(2，3)，所述內部電極可以被交替地加載正或負電荷，還具有-內部電極(2，3)的交替側的接觸，所述接觸利用分別由芯電極(7，8；10；15；16)和導電的彈性外罩(9；11)組成的接觸元件實現，所述接觸元件位於壓電元件的內部凹槽(5，6；17，18)中並同時垂直於層結構地向外引導，其特徵在於-芯電極(10；15；16)設有在裝配之前就可安置的導電的彈性體(11)作為外罩，彈性體具有提高彈性的預定的缺口式幾何體(12；13)。
2. 按權利要求1所述的壓電致動器，其特徵在於-所述缺口式幾何體由沿著縱向螺旋式地圍繞外罩(11)引導的 缺口 ( 12; 13)構成。
3. 按權利要求2所述的壓電致動器，其特徵在於-螺旋式缺口 ( l3)的螺距(h)與缺口寬度(s)相關並且相對 於內部電極(2, 3)的距離(d)這樣地調節，使得接觸豁口不超過大 約90°。
4. 按前述權利要求之一所述的壓電致動器，其特徵在於 -缺口式幾何體(13)附加具有至少一個縱向切槽(14)。
5. 按前述權利要求之一所述的壓電致動器，其特徵在於 -芯電極(10)作為具有恆定圓周的銷構成。
6. 按前述權利要求1至4之一所述的壓電致動器，其特徵在於 -芯電極(15)具有錐形地向著壓電致動器(1)的頂部漸窄變化的橫截面。
7. 按權利要求1至4之一所述的壓電致動器，其特徵在於 -芯電極(16)螺線式地構成。
8. 按權利要求1至4之一所述的壓電致動器，其特徵在於 -芯電極(10)作為具有恆定圓周的銷構成，以及-用來接受接觸元件的孔(17)具有錐形地向著壓電致動器(1)的頂部漸窄變化的橫截面。
9. 按權利要求1至4之一所述的壓電致動器，其特徵在於 -芯電極(10)作為具有恆定圓周的銷構成，以及-用來接受接觸元件的孔(18)具有錐形地向著壓電致動器(1) 的底部漸窄變化的橫截面。
10. 按前述權利要求之一所述的壓電致動器，其特徵在於-所述全部設置可以用在汽車中的燃油噴射的針閥升程控制中。
全文摘要
用於壓電噴射器或者操作其他機械組件的壓電致動器，它具有由壓電元件的壓電層形成的多層結構和沿著作用方向在壓電層之間設置的內部電極(2，3)，內部電極(2，3)可以被交替地加載正電荷和負電荷，還具有交替的內部電極(2，3)接觸，所述接觸利用分別由芯電極(10；15；16)和導電的彈性外罩(9；11)組成的接觸元件實施，所述接觸元件位於壓電致動器(1)的內部凹槽(5，6；17，18)中並且垂直於層結構向外引導。芯電極(10；15；16)設有在裝配之前就可安置的導電彈性體(11)作為外罩，彈性體(11)具有提高彈性的預定的缺口式幾何體(12；13)。缺口式幾何體優選由沿著縱向螺旋式地圍繞外罩(11)引導的缺口(12；13)組成。
文檔編號H01L41/047GK101248540SQ200680031009
公開日2008年8月20日 申請日期2006年8月3日 優先權日2005年8月25日
發明者R·海因茨 申請人:羅伯特·博世有限公司