專利名稱：具有由壓電層組成的多層結(jié)構的壓電元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)主權利要求所述特征類型的具有由壓電層組成的多層結(jié)構的壓電元件及其制造方法，例如用于壓電執(zhí)行元件中，該壓電執(zhí)行元件用于操作一個機械構件、如閥或類似件。
眾所周知，利用所謂的壓電效應，可以構造一個用具有合適的晶體結(jié)構的材料制成的壓電元件。在施加一個外部電壓時壓電元件產(chǎn)生一種機械反應，這種反應根據(jù)晶體結(jié)構和電壓的作用區(qū)域是一個在可預先規(guī)定的方向上的壓力或拉力。這種壓電執(zhí)行元件的建造在此可以以多個層實現(xiàn)(Multilayer-Aktoren，多層執(zhí)行元件)，其中，通過電極施加電壓，這些電極分別安置在層與層之間。這里，各個內(nèi)電極分別相對于外電極偏移一個區(qū)域，由此不會產(chǎn)生短路。在此，堆疊各個壓電層非常費事，因為必須分開加工數(shù)百個單個的膜片層。
本發(fā)明優(yōu)點開頭所描述的壓電元件具有一個由壓電層組成的多層結(jié)構，具有安置在其間的電極和一種電極交替式側(cè)面觸點接通形式，該壓電元件可以按照有利的方式成為壓電執(zhí)行元件的組成部件，該壓電執(zhí)行元件可用于操作一個機械構件，如閥或類似件。根據(jù)本發(fā)明，各個壓電層由在制造過程中可折疊的、連續(xù)的壓電陶瓷膜片制成，該膜片在其表面上全部或部分地設置了導電的電極。
在一個優(yōu)選實施形式中，為了制造電極，膜片被全部或部分地涂敷金屬，并且壓電層是通過在以規(guī)定間距垂直于折疊方向設置的切口上折疊形成的，其中，內(nèi)電極由在折疊后位于切口內(nèi)側(cè)的、在壓電層之間的金屬涂敷層形成，在切口外側(cè)金屬涂敷層被切口中斷。
金屬涂敷層可以例如通過印制或濺射來設置。內(nèi)電極在切口的折疊后向外突出的內(nèi)側(cè)面上與外電極觸點接通。這里，切口角度α可以個別地與膜片厚度或者其它情況適配。
按照有利的方式，可以至少在膜片的一側(cè)分別只對位于切口之間的每個第二表面涂敷金屬，不影響內(nèi)電極的形成。
在折疊后的膜片的切口區(qū)域之外，總是可以按簡單的方式安置外電極，以形成與金屬涂敷層或者說內(nèi)電極的交替的觸點接通，其中外電極可用一個導電的篩(Sieb)或網(wǎng)(Netz)以及也可以用一個波紋形電極制成。
為了使整個壓電元件對外界絕緣，該壓電層的多層結(jié)構分別在這些折疊后的層的末端上設置了一個電絕緣的陶瓷板。
在一種用于制造前述類型的壓電元件的有利方法中，進行以下制造步驟—將壓電膜片切割成壓電元件的寬度并以規(guī)定的間距分別交替地設置切口；—此時在兩個側(cè)面上對壓電膜片全部或部分地涂敷金屬；—然后在切口上分別圍繞切口內(nèi)側(cè)面折疊壓電膜片；—在折疊后向外突出的切口內(nèi)側(cè)面的折彎區(qū)域中將外電極例如焊接到內(nèi)電極上；—在外面的壓電層上分別安置一個電絕緣的頂板和底板。
本發(fā)明優(yōu)選擴展構造的這些特征和其它特征不僅可以從書中得知，也可以從說明書和附圖中得知，其中，各個特征分別單獨或者以多個組合的形式在本發(fā)明實施形式中和在其它領域中已經(jīng)實現(xiàn)，這些特征能夠代表有利的或本身具有可保護性的實施形式，在此對這些實施形式要求保護。
附圖結(jié)合附圖描述用于構成一個壓電執(zhí)行元件的本發(fā)明壓電元件的一個實施例。其中

圖1用一個壓電膜片制成的壓電元件的多層結(jié)構的一個剖面，該多層結(jié)構通過在切口上折疊制成；圖2具有貫通的金屬涂層、被開了切口的膜片的詳圖；圖3具有部分的金屬涂層、被開了切口的膜片的詳圖。
從圖1中可知，通過折疊壓電膜片2形成這些壓電層4，壓電膜片2在折疊前的狀態(tài)在圖2中示出。壓電膜片2在折疊前被切割成壓電元件1的寬度，并且在兩側(cè)面上被涂敷金屬從而構成電極，這些電極在折疊后分別交替地起內(nèi)電極6和7的作用。
在圖2中示出，壓電膜片2在折疊前被設置了切口5(即所示局部圖中的5.1、5.2)，其中，這些切口被交替地加工在壓電膜片2中，并且大致包含一個角度α。這里，例如在切口5.1上沿箭頭8進行折疊，從而在相互疊合后在左側(cè)面上構造出一個內(nèi)電極(例如內(nèi)電極6)。在右側(cè)面上在切口5.1的敞開側(cè)的兩側(cè)分別也產(chǎn)生另外的內(nèi)電極(在此，內(nèi)電極7之一)。
這樣折疊的壓電層4板垛在層疊和燒結(jié)之后被設置上外電極9和10，外電極9和10在給出的實施例中分別用一個金屬的波紋形電極制成。在先前的切口5的各個突出的折疊區(qū)域中，外電極9和10與壓電層4上的金屬涂敷層導電連接，從而可以在內(nèi)電極6和7上施加一個電壓以產(chǎn)生壓電效應。
在外面的壓電層4上還分別安置了一個電絕緣的頂板11和一個底板12，通過它們，整個壓電元件1可以被對外部絕緣。
圖3示出一個壓電膜片20處于折疊前的狀態(tài)，根據(jù)圖3，相對于圖2所示壓電膜片2稍作變化，壓電膜片20只有部分區(qū)域設置了電極21和22。這些電極21和22分別交替地敷設在壓電膜片20的相對兩側(cè)面中的一個上，從而同樣構成如借助圖1所描述的壓電層4，但這里所產(chǎn)生的內(nèi)電極21和22具有一個較小的厚度，因為它們它只由一個單側(cè)的涂層形成。
權利要求
1.一種壓電元件，具有一個由帶有安置在其間的電極(6，7；21，22)的壓電層(4)組成的多層結(jié)構，并具有電極(6，7；21，22)通過外電極(9，10)的交替式側(cè)面觸點接通形式，其中各個壓電層(4)由一個在制造過程中可折疊的連續(xù)的膜片(2；20)制成，該膜片被全部或部分地設置了導電的電極(6，7；21，22)。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓電元件，其特征在于，為了制造電極(6，7；21，22)，膜片(2；20)被全部或部分地涂敷金屬，壓電層(2；20)通過在按規(guī)定間距垂直于折疊方向設置的切口(5，5.1，5.2)上折疊而形成，其中，內(nèi)電極(6，7；21，22)由在折疊后位于切口(5，5.1，5.2)內(nèi)側(cè)的金屬涂敷層形成，并且，在切口(5，5.1，5.2)外側(cè)金屬涂敷層中斷，內(nèi)電極(6，7；21，22)在切口(5，5.1，5.2)的折疊后向外突出的內(nèi)側(cè)面上與外電極(9，10)觸點接通。
3.根據(jù)權利要求2所述的壓電元件，其特征在于，至少在膜片(20)的一側(cè)分別只對位于切口(5，5.1，5.2)之間的每個第二表面進行了金屬涂敷。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的壓電元件，其特征在于，外電極(9，10)由一個導電的篩或網(wǎng)制成。
5.根據(jù)權利要求2或3所述的壓電元件，其特征在于，外電極用波紋形電極(9，10)制成。
6.根據(jù)前述權利要求之一所述的壓電元件，其特征在于，壓電層(4)的多層結(jié)構分別在這些折疊后的層的末端上安置了一個電絕緣的陶瓷板(11，12)。
7.根據(jù)前述權利要求之一所述的壓電元件，其特征在于，該壓電元件(1)是一個壓電執(zhí)行元件的組成部件，該壓電執(zhí)行元件可用于操作一個機械構件、如閥或類似件。
8.用于制造根據(jù)權利要求2至7之一所述的壓電元件(1)的方法，其特征在于，將壓電膜片(2；20)切割成壓電元件(1)的寬度并且按照預先規(guī)定的間距分別交替地設置切口(5，5.1，5.2)，在兩個側(cè)面上對壓電膜片(2；20)全部或部分地涂敷金屬，在切口(5，5.1，5.2)上分別圍繞切口(5，5.1，5.2)內(nèi)側(cè)面折疊壓電膜片(2；20)，及在切口(5)的在折疊后向外突出的內(nèi)側(cè)面中在折彎區(qū)域內(nèi)通過焊接將外電極(9，10)安置到內(nèi)電極(6，7；21，22)上。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，在燒結(jié)前在外面的壓電層(4)上安置一個電絕緣的壓電陶瓷頂板和底板(11，12)。
全文摘要
提出一種壓電元件,具有一個由帶有安置在其間的電極(6,7;21,22)的壓電層(2;20)組成的多層結(jié)構,該壓電元件設計有電極(6,7;21,22)通過外電極(9,10)交替式的側(cè)面觸點接通形式。各個壓電層(4)由一個在制造過程中可折疊的連續(xù)膜片(2;20)制成,該膜片被全部或部分地設置了導電的電極(6,7;21,22)。壓電層(2;20)通過在按規(guī)定間距垂直于折疊方向設置的切口(5,5.1,5.2)上折疊而形成,其中,內(nèi)電極(6,7;21,22)由在折疊后位于切口(5,5.1,5.2)內(nèi)側(cè)的金屬涂敷層形成。
文檔編號H01L41/22GK1357159SQ00809169
公開日2002年7月3日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權日1999年6月19日
發(fā)明者貝爾特拉姆·薩格, 弗里德里希·伯金 申請人:羅伯特·博施有限公司