专利名称：具有过渡区和安全层的单片压电执行器及该压电执行器的应用的利记博彩app
具有过渡区和安全层的单片压电执行器 及该压电执行器的应用
本发明涉及一种单片多层结构形式的压电执行器.
在将这种压电执行器初次电驱动直至大信号范围(多个kV/咖的 场强)中时，压电陶资材料被极化.在此造成不可逆的长度变化，即 所谓的剩余伸长.由于剩余伸长和由于在压电执行器工作时电驱动电 极层时出现的附加伸长，在总叠层中形成拉应力.这些拉应力导致在 极化过程中或者在压电执行器工作时例如沿着压电陶瓷层与电极层之 间的界面形成裂故(极化裂紋).这种裂紋尤其是在有源部分叠层与 终端区(Abschlussbereich)之间的过渡区中出现.在此，特别有害 的是分岔的裂紋或者在总叠层的纵向上伸展的裂故.这种裂紋必然导 致压电执行器过早发生故陣.
本发明的任务是说明一种压电执行器，在该压电执行器中，构成 上述裂紋及其生长的概率与背景技术相比被减小.
为了解决该任务，说明了一种具有总叠层的单片多层结构形成的 压电执行器，所述压电执行器具有至少一个压电有源部分叠层，其 中所述部分叠层具有相叠布置的压电陶瓷层和布置在压电陶瓷层之间 的电极层；至少一个布置于压电有源部分叠层上方的压电无源终端区 和至少一个布置在压电有源部分叠层与终端区之间的过渡区，其中过 渡区具有相叠布置的过渡区压电陶瓷层和布置在过渡区压电陶瓷层之 间的过渡区电极层，并且过渡区压电陶瓷层和过渡区电极层被构造并 被相互布置来使得通过电驱动过渡区电极层而可耦合输入到过渡区压 电陶瓷层中的电场在过渡区的从过渡区压电陶瓷层到过渡区压电陶瓷 层的叠层方向上相继变化，并且压电有源部分叠层朝向过渡区具有安 全层，在该安全层中，在机械过栽时优选地构成裂紋.
优选地，过渡区的叠层方向从电有源的部分叠层朝终端区方向延 伸.在此，过渡区电极层的层厚度从过渡区电极层向过渡区电极层相 继增加.
终端区可以是总叠层的顶部区或者底部区，终端区可包含一层或 者多层，在后者情况下称为度盖包(Deckpafcet)。可考虑陶瓷或金属材料作为终端区的材料.
压电陶瓷层的压电陶瓷材料和过渡区压电陶瓷层的压电陶瓷材料 可以是相同的。但是也可以使用不同材料，
本发明的基本思想在于提供一种在压电陶瓷的偏转方面具有渐 变的过渡区。该渐变导致压电陶瓷的偏转在电驱动过渡区电极层时从 过渡区压电陶瓷层向过渡区压电陶瓷层相继变化.该偏转从有源部分 叠层朝向无源终端区被减小.对所述偏转进行了匹配.由此，内部机 械应力由于不同的偏转而被减小.同时在附近布置安全层.该安全层 用作類定断裂处(Sollbruchstelle).该安全层构成单片总叠层中的 最脆弱的环节，在(内部或从外部引起的)机械过栽时，尤其在安全 层中或者在安全层上构成裂故，已经表明过渡区中的渐变与压电有 源部分叠层中的安全层的组合明显提高了压电执行器的可靠性.
层厚度的增加可任意选择.有利地，从层厚度单位出发，过渡区 压电陶瓷层的层厚度以如下因数增加1.2; 1.5; 2.0; 2.8; 3.8.可 替换的系列由如下因数来限定1.1; 1.3; 1.6; 2.0; 2.5; 3.1，例 如如下层厚度单位例如为80nm.
过渡区压电陶资层在所有情况下可包含一层.这些过渡区压电陶 瓷层为单层的。但是，如果过渡区压电陶瓷层为多层的，則是有利的. 为此，过渡区压电陶瓷层中的至少一个过渡区压电陶瓷层具有多个相 叠布置的单独压电陶瓷层.该多层过渡区压电陶瓷层在制造时由多个 压电陶瓷的未烧结膜来构造.
过渡区电极层的层厚度单位尤其是对应于压电有源部分叠层的压 电陶瓷层的层厚度.这例如意味着与压电有源部分叠层直接邻接的 过渡区压电陶瓷层具有该压电有源部分叠层的相邻压电陶瓷层的层厚 度.
已被强调为特别有利的是安排在压电有源部分叠层的安全层与 过渡区的安全层之间布置最多IO个压电陶瓷层并且尤其是最多5个压 电陶瓷层.安排的是安全层被布置在过渡区附近.
安全层可由有源部分叠层的压电陶瓷层构成.安全层尤其是由压
电有源部分叠层的电极层之一和/或由压电有源部分叠层的电极层之 一与相邻压电陶瓷层之间的界面构成，
根据特別的扩展方案，有源部分叠层和/或终端区具有从l咖至lOmiD且包含l咖和IO咖在内的范闺中并且尤其是从3mm至5mm且包含 3咖和5咖在内的范围中选择的部分叠层高度，例如，部分叠层高度为 2咖，已经表明利用这些部分叠层高度很好地降低了峰值应力，根据 特别的扩展方案，过渡区部分叠层具有从0. 2mm至5. 0mm且包含0. 2mm 和5. Omm在内的范围中并且尤其是从0. 5mm至2. 0mm且包含0. 5咖和 2. O咖在内的范围中选择的过渡叠层高度.利用所述部分叠层可达到非 常高的总叠层.在特别的扩展方案中，总叠层具有从10mm至200mm且 包含10mm和200咖在内的范闺中选择的总叠层高度.更高的总叠层高
度同样是可达到的.
用于减小在进行电驱动时在总叠层中出现的机械应力的其它措施 可附加地进行.这些措施例如涉及将电无源的电极层集成到终端区中。 所述电无源电极层在极化期间和在压电执行器工作期间不被电驱动.
该新的可靠的压电执行器优选地被用于控制阀门，并且尤其是用 于控制内燃机的喷油嘴.内燃机例如为汽车的发动机，
下面根据多个实施形式及所属附图
对本发明进一步说明.所述附 困为示意性的并且不是比例正确的图.
附图从側面示出了单片多层结构形式的压电执行器.
压电执行器1是具有总叠层10的单片多层结构形式的压电执行 器.压电执行器1具有压电有源部分叠层12，所述压电有源部分叠层 12具有交替相叠布置的、以锆钛酸铅(PZT)作为压电陶瓷材料的压电 陶瓷层和由银钯合金制成的电极层，
在压电有源部分叠层12的上方布置了由陶瓷层制成的陶瓷褒盖包 形式的压电无源终端区15,
在压电有源部分叠层11与覆盖包15之间布置了过渡区叠层形式 的过渡区12.过渡区叠层12具有交替相叠布置的过渡区压电陶瓷层和 过渡区电极层.过渡区压电陶瓷层的压电陶瓷材料和压电有源部分叠 层的压电陶瓷层的压电陶瓷材料相同。在可替换的扩展方案中，所述 压电陶瓷材料不同.过渡区电极层的电极材料对应于压电有源部分叠 层的电极层的电极材料.可替换地使用不同电极材料.
压电有源部分叠层、过渡区叠层和终端区共同构成单片总叠层10. 在总叠层在有源部分叠层的区域中和在过渡区叠层的区域中的側面上 施加了未示出的、用于电接触相应电极层的外部金属化.总叠层IO在叠层方向101上的总高度103为30mm.压电有源部分 叠层12的部分叠层高度123为大约IO咖，过渡区叠层11的过渡区部 分叠层高度113为大约2mm.
在过渡区部分叠层之内，在从有源部分叠层朝向终端区的叠层方 向上，过渡区压电陶瓷层的层厚度增加.
附加地，在过渡区11附近的有源部分叠层12之内布置了安全层 13.安全层13由电极层构成.
通过不仅进行所示布局或替换于所示布局而在总叠层的底部区中 设置具有所属的过渡区的终端区16，得到其它实施例.
新的压电执行器l被用于控制汽车发动机的喷油嘴.
权利要求
1.一种具有总叠层的单片多层结构形式的压电执行器，该压电执行器具有-至少一个压电有源部分叠层，其中所述部分叠层具有相叠布置的压电陶瓷层和布置在压电陶瓷层之间的电极层，-至少一个布置于压电有源部分叠层上方的压电无源终端区，和-至少一个布置在压电有源部分叠层与终端区之间的过渡区，其中-过渡区具有相叠布置的过渡区压电陶瓷层和布置在过渡区压电陶瓷层之间的过渡区电极层，以及-过渡区压电陶瓷层和过渡区电极层被构造并被相互布置来使得通过电驱动过渡区电极层而能被耦合输入到过渡区压电陶瓷层中的电场在过渡区的从过渡区压电陶瓷层到过渡区压电陶瓷层的叠层方向上相继变化，并且-压电有源部分叠层朝向过渡区具有安全层，其中在机械过载时优选地构成裂纹。
2. 根据权利要求1所述的压电执行器，其中，过渡区的叠层方向从 电有源部分叠层朝终端区的方向延伸，并且过渡区电极层的层厚度从过渡区电极层向过渡区电极层相继增加.
3. 根据权利要求2所述的压电执行器，其中，从层厚度单位出发， 过渡区压电陶瓷层的层厚度以如下因数增加1.2; 1.5; 2.0; 2.8; 3.8.
4. 根据权利要求1至3之一所述的压电执行器，其中，过渡区压电 陶瓷层中的至少一个过渡区压电陶瓷层具有多个相叠布置的单独压电 陶瓷层.
5. 根据权利要求1至4之一所述的压电执行器，其中，过渡区电极层的层厚度单位对应于压电有源部分叠层的压电陶瓷层的层厚度.
6. 根据权利要求1至5之一所述的压电执行器，其中，在压电有源 部分叠层的安全层与过渡区的安全层之间布置最多10个压电陶资层， 并且尤其是布置最多5个压电陶瓷层.
7. 根据权利要求1至6之一所述的压电执行器，其中，安全层由 压电有源部分叠层的电极层之一和/或由压电有源部分叠层的电极层之一与该压电有源部分叠层的相邻压电陶瓷层之间的界面构成.
8. 根据权利要求1至7之一所述的压电执行器，其中，压电有源部 分叠层和/或终端区具有从lmm至10咖且包括lmm和10mm在内的范闺中 并且尤其是从3mm至5mm且包括3mm和5mm在内的范围中选择的部分叠层高度.
9. 根据权利要求1至8之一所述的压电执行器，其中，过渡区具有 过渡区部分叠层，该过渡区部分叠层具有从O. 2mm至5. Onra且包括O. 2mm 和5. Omm在内的范围中并且尤其是从O. 5mm至2. O咖且包括O. Smm和 2. Omm在内的范闺中选择的过渡叠层高度.
10. 根据权利要求1至9之一所述的压电执行器，其中，总叠层具有 从10nHD至200mm且包括10mm和200nim在内的范围中选择的总叠层高度.
11. 根据权利要求1至10之一所述的压电执行器在控制阀门并且尤 其是控制内燃机的喷油嘴中的应用.
全文摘要
为了解决任务，说明了一种具有总叠层(10)的单片多层结构形式的压电执行器(1)，所述压电执行器(1)具有至少一个压电有源部分叠层(12)，其中所述部分叠层具有相叠布置的压电陶瓷层和布置在压电陶瓷层之间的电极层；至少一个布置于压电有源部分叠层上方的压电无源终端区(15)和至少一个布置在压电有源部分叠层与终端区之间的过渡区(11)，其中过渡区具有相叠布置的过渡区压电陶瓷层和布置在过渡区压电陶瓷层之间的过渡区电极层，并且过渡区压电陶瓷层和过渡区电极层被构造并被相互布置来使得通过电驱动过渡区电极层而可耦合输入到过渡区压电陶瓷层中的电场在过渡区的从过渡区压电陶瓷层到过渡区压电陶瓷层的叠层方向上相继变化，并且压电有源部分叠层朝向过渡区具有安全层(13)，在该安全层(13)中，在机械过载时优选地构成裂纹。该压电执行器被用于控制汽车发动机的喷油嘴。
文档编号F02M51/06GK101578716SQ200780039463
公开日2009年11月11日 申请日期2007年10月23日 优先权日2006年10月23日
发明者C·舒, H·J·卡斯特尔, 坂元隆己, 稻垣正祥 申请人:西门子公司;京瓷株式会社