CN102132433B - 层叠型压电元件、喷射装置以及燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种层叠型压电元件,其可以加快响应速度、增大位移量,并且,能够确保足够的机械强度且可以抑制特性劣化。该层叠型压电元件(1)包含交替层叠有压电体层(3)和内部电极层(5)的层叠体(7),在压电体层(3)形成有跨多个晶粒(11)的极化畴(12)。由于在压电体层(3)形成有跨多个晶粒(11)的极化畴(12),因此,层叠型压电元件(1)的响应速度加快,可以增大位移量,并且机械强度增强,可以将特性劣化抑制得小。

Description

层叠型压电元件、喷射装置以及燃料喷射系统

技术领域

[0001] 本发明涉及层叠型压电元件、使用该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射系统。本发明的层叠型压电元件例如用于驱动元件(压电执行器)、传感器元件及电路元件。作为驱动元件,例举例如机动车发动机的燃料喷射装置、喷墨头那样的液体喷射装置、光学装置那样的精密定位装置、防振装置。作为传感器元件,例举例如燃烧压力传感器、爆震传感器、加速度传感器、负载传感器、超声波传感器、压敏传感器及偏航速率传感器。另外,作为电路元件,例举例如压电陀螺仪、压电开关、压电变压器及压电断路器。

背景技术

[0002] 以往,已知有如下的层叠型压电元件,其具有多个压电体层隔着内部电极层而层叠的层叠体,并且在该层叠体的侧面形成有一对外部电极。该层叠型压电元件具有如下结构,即在层叠体的对置的侧面分别形成有正极的外部电极和负极的外部电极,内部电极层与这些外部电极交替电连接,通过经由外部电极向内部电极层之间的压电体层施加电压,在层叠方向上可以得到位移。该位移的主要原因与在构成层叠体的压电体层的晶粒存在的畴壁的移动相对应。已知该畴壁的移动受晶粒之间的晶界约束(例如参照专利文献I)。

[0003] 专利文献1:日本特开2005-191397号公报

[0004] 对于上述那样的层叠型压电元件而言,存在如下课题,即畴壁的移动受压电体层的晶界约束而导致响应速度变慢。而且,与畴壁的移动受压电体层的晶界约束相对应地,存在层叠型压电元件的位移量减小的课题。并且,为了减少压电体层的晶界,虽然可以增大晶粒,但当压电体层的晶粒大时,压电陶瓷的机械强度减小,故存在因连续驱动而导致在构成层叠型压电元件的压电陶瓷即压电体层产生裂纹并且位移量逐渐降低的课题。

发明内容

[0005] 本发明是为了解决如上所述的课题而作出的,其目的在于提供一种层叠型压电元件,在该层叠型压电元件中,畴壁的移动难以受到约束,可以加快响应速度,增大位移量,确保足够的机械强度且能够抑制特性劣化。

[0006] 本发明的层叠型压电元件的特征在于,包括交替层叠有压电体层和内部电极层的层叠体,所述压电体层形成有跨多个晶粒的极化畴。

[0007] 另外,本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上,其特征在于,所述极化畴包含多个晶粒。

[0008] 另外,本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上,其特征在于,所述极化畴的自发极化方向偏离于在所述内部电极层之间施加的电压的电场方向。

[0009] 另外,本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上,其特征在于,所述压电体层的晶粒的平均粒径为5 ii m以下。

[0010] 另外,本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上,其特征在于,所述极化畴存在于所述压电体层中的所述内部电极层的端部附近。[0011] 另外,本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上,其特征在于,所述极化畴形成于多个所述压电体层。

[0012] 另外,本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上,其特征在于,所述极化畴形成于所有的所述压电体层。

[0013] 本发明的喷射装置的特征在于,包括:具有喷出孔的容器、上述任一项所述的层叠型压电元件,蓄积于所述容器内的液体在所述层叠型压电元件的驱动下自所述喷射孔喷出。

[0014] 本发明的燃料喷射系统的特征在于,包括:蓄积高压燃料的共轨、喷射蓄积于该共轨的燃料的上述喷射装置、向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵、以及向所述喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元。

[0015] 发明效果

[0016] 根据本发明的层叠型压电元件,由于在压电体层形成有跨多个晶粒的极化畴,因此,极化畴之间的畴壁的移动难以受到晶粒之间的晶界的约束。因此,可以减小畴壁的约束,增大因电场产生的畴壁的移动速度及移动量。由此,能够加快层叠型压电元件的响应速度,增大位移量。而且,由于存在不受晶粒粒径限制的极化畴,因此,即便将晶粒的粒径抑制得小,也可以确保畴壁的移动量,故可以减小压电体层的晶粒,由此,可以形成机械强度大且位移量大的层叠型压电元件。其结果是,可以抑制因连续驱动而导致层叠体产生裂纹,可以将特性劣化抑制得小。

[0017] 而且,根据本发明的喷射装置,由于作为使蓄积于容器内的液体自喷射孔喷出的层叠型压电元件而具有本发明的层叠型压电元件,因此,在层叠型压电元件中可以确保大的位移量和良好的耐久性,故可以长期稳定地进行液体的所希望的喷射。

[0018] 并且,根据本发明的燃料喷射系统,由于作为将蓄积于共轨的高压燃料喷射的装置而具有本发明的喷射装置,因此,可以长期稳定地进行高压燃料的所希望的喷射。

附图说明

[0019] 图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的一例的立体图。

[0020] 图2(a)及(b)分别是构成图1所示的层叠型压电元件的压电体层的极化畴的示意图。

[0021] 图3是示意性表示图1所示的层叠型压电元件I的层叠体7中的内部电极层5的端部附近的主要部分放大剖面图。

[0022] 图4是表示本发明的喷射装置的实施方式的一例的简略剖面图。

[0023] 图5是表不本发明的燃料喷射系统的实施方式的一例的简略图。

具体实施方式

[0024]〈层叠型压电元件〉

[0025] 以下,参照附图详细说明本发明的层叠型压电元件的实施方式的示例。

[0026] 图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的一例的立体图,图2(a)及(b)分别是构成图1所示的层叠型压电元件的压电体层的极化畴的示意图。

[0027] 如图1所示,本实施例的层叠型压电元件I包含:交替层叠有压电体层3和内部电极层5的层叠体7、与该层叠体7的侧面接合且与内部电极层5电连接的外部电极9。

[0028] 而且,对于本发明的层叠型压电元件I而言,如图2(a)及(b)所示,在压电体层3形成有跨多个晶粒11的极化畴12。这样的畴结构(分域構造)通过降低在晶界处的晶体缺损、残留应力、异相成分等的不连续性来实现。因此,在具有如上所述的畴结构的压电体层3中,畴壁在晶界处的约束力减小,畴壁相对于被施加于该压电体层3的电场的移动速度加快。即,可以加快位移的响应速度。

[0029] 上述跨多个晶粒11的极化畴12形成在压电体层3的位于内部电极层5之间的部位。上述跨多个晶粒11的极化畴12的大小只要比最小厚度为Inm以下的晶界层的厚度大即可,并不限定于晶粒11的粒径。而且,上述跨多个晶粒11的极化畴12的存在部位只要位于内部电极层5之间,则可以存在于任意部位,但为了减小内部电极层5和压电体层3的陶瓷之间的应力的影响,优选主要存在于内部电极层5之间的中央部。

[0030] 另外,如上所述的跨多个晶粒11的极化畴12可以通过在低温下对压电体层3进行烧成而形成。即,在高烧成温度下,晶体阵列整齐的晶粒群结合而构成一个粒子。与此相对,在低烧成温度下,可以在晶体阵列整齐的晶体群中以残留晶格缺陷的状态结束烧结,经由晶格缺陷,可以在相邻的粒子间生成自发极化整齐的区域。

[0031] 此时,优选烧成时的峰值温度为850〜950°C,从使极化畴生长这方面来看,优选在降温时使风吹到烧成钵上部以进行冷却。即,通过一边向烧成钵上部送风一边进行冷却,可以在使压电元件具有温度梯度的状态下使温度缓慢下降。由此,可以自压电元件的低于居里温度的部位依次产生自发极化,从而容易形成跨在晶粒之间的极化畴。

[0032] 并且,如图2(b)所示,该极化畴12优选包含多个晶粒11。该状态也是通过降低晶界的不连续性而实现的畴结构,当如上述存在包含多个晶粒11的极化畴12时,畴壁相对于被施加于该压电体层3的电场的移动进一步增大,可以进一步增大压电体层3的位移量。另外,该情况下的极化畴12的大小只要是包含多个晶粒11的大小即可,并未特别限定。

[0033] 为了形成如上所述的包含多个晶粒11的极化畴12,以微粉末PZT(锆钛酸铅)为原料,通过低温烧成来制作压电体层3即可。S卩,以微粉末PZT为原料,通过低温烧成来制作压电体层3,由此,可以形成跨晶粒粒径小的多个晶粒11的极化畴12。此时,作为烧成温度,优选将峰值温度设为900°C以下。

[0034] 另外,为了形成跨多个晶粒11的极化畴12,需要抑制在晶粒11之间产生不连续性。在内部电极使用银和钯的合金的情况下,在进行烧成时存在银选择性地进入晶界部的倾向。从减少银自内部电极向晶界部的扩散量、抑制在晶粒11之间产生不连续性这方面来看,低温烧成也是很重要的。并且,若压电体层3使用铅部位欠缺的PZT,则具有在进行烧成时将自内部电极扩散来的银引入晶粒内的铅部位的效果,该效果对于抑制晶界部的银存在量是很重要的。

[0035] 而且,极化畴12的自发极化的方向优选偏离于在内部电极层5之间施加的电压的电场方向。通过使极化畴12的自发极化的方向在施加于压电体层3的电压的电场方向上对齐,来体现层叠型压电元件I的大部分位移。因此,通过存在自发极化的方向相对于所施加的电压的电场方向偏离的极化畴12,可以进一步增大位移量。

[0036] 在该情况下,对于极化畴12的自发极化方向相对于电场方向的偏离而言,该偏离方向并不特别限定,可以是分散的方向。[0037] 为了形成如上所述的极化畴12,作为用于压电体层3的晶相,优选至少在室温下含有斜方六面体晶相。相对于正方晶相的6方向,斜方六面体晶相的能够构成极化轴的结晶方位为8方向,因此,通过在极化前使其暴露在高负荷下,自发极化的方向容易朝向与层叠方向垂直的方向,结晶方位在相邻的晶粒之间容易对齐。并且,压电体层3的压电体优选是在PZT中含有施主(donor)的软(Soft)材,这是因为,由于软材的畴壁容易移动,因此,相对于极化前的高负荷,压电体层产生变形,自发极化的方向容易对齐。

[0038] 另外,为了使极化畴12的自发极化的方向形成为偏离于在内部电极层5之间施加的电压的电场方向,用于压电体层3的PZT选定居里温度比室温高的PZT即可。此时,从使极化畴12相对于温度稳定这一观点来看,优先选定居里温度为300°C以上的PZT。

[0039] 而且,优选压电体层3的晶粒11的平均粒径为5 Pm以下。当晶粒11的平均粒径为5 m以上时,存在晶内断裂的倾向,与此相对,当平均粒径为5 u m以下时,存在因驱动而引起的压电体层3的断裂模式成为晶界断裂的倾向。其结果是,压电体层3成为陶瓷强度高且裂纹难以进展的压电体层,因此,存在几乎不会因连续驱动而导致位移劣化的倾向。与此相对,若晶粒11的平均粒径比5 大,则存在因连续驱动而导致特性劣化增大的倾向。

[0040] 为了使压电体层3的晶粒11的平均粒径为5pm以下,例如将构成压电体层3的PZT陶瓷组成物的A部位的构成元素与B部位的构成元素之比即构成元素比(A/B比)设为I以下来形成压电体层3即可。

[0041] 另外,如图3所示,极化畴12优选存在于压电体层3中的、内部电极层5的端部附近13。图3是示意性表示图1所示的层叠型压电元件I的层叠体7中的内部电极层5的端部附近的示例的主要部分放大剖面图。层叠型压电元件I的层叠体7中的内部电极层5端部附近的部位13位于层叠体7中的活性区域和非活性区域的边界,通过在该部位存在极化畴12,使该部位13与周围相比变得柔软。通过使该部位13柔软,存在于内部电极层5的端部附近的非活性区域对于压电体层3的约束减小,因此,层叠型压电元件I的位移量增大。即,通过在内部电极层5 的端部附近配置存在畴壁受晶界的约束力小的极化畴12的区域,使层叠型压电层I的位移量增大。

[0042] 这样,为了使极化畴12存在于压电体层3中的、内部电极层5端部附近的部位13,在向陶瓷生片(七9 S ^ 一 >'>一卜)印刷内部电极层5用的金属膏并进行层叠来制作层叠体7时,相对于内部电极层5的中央部,提高内部电极层5端部的金属膏中的Ag比率即可。

[0043] 另外,极化畴12优选形成在多个压电体层3。S卩,由于存在跨多个晶粒11的极化畴12的压电体层3的位移量大,因此,通过将多个这样的压电体层3配置于层叠体7,可以进一步增大位移量。为了在所希望的层叠位置使跨多个晶粒11的极化畴12更多地存在,将使极化畴12更多地存在的位置的内部电极层5的银(Ag)比率增高到95质量%,并将其他的内部电极层5的银比率设为90质量%进行制作即可。特别是,配置使银比率不同的内部电极层3,使位移量在位于层叠体7层叠方向的中央部的压电体层3增大且位移量在位于层叠体7层叠方向的端部的压电体层3减小,由此,可以抑制产生因连续驱动而在层叠体7的端部容易产生的裂纹。

[0044] 并且,极化畴12优选形成于所有的压电体层3。S卩,由于存在跨多个晶粒11的极化畴12的压电体层3的位移量大,因此,通过使这样的极化畴12形成于所有的压电体层3,可以使层叠型压电元件I的位移量进一步增大。

[0045] 当在所有的压电体层3形成跨多个晶粒11的极化畴12时,可以与前述的形成方法基本相同。即,为了降低晶粒11的界面的不连续性,需要降低在内部电极层5和压电体层3的陶瓷之间的界面产生的残留应力,内部电极层5需要选定杨式模量低的金属,因此,当使用Ag和Pd的合金时,优选将Ag的比率设为95质量%以上并将烧成温度设为900°C以下。通过如上所述进行设定,可以降低晶界处的晶体缺损、残留应力、异相成分等的不连续性,可以在所有的压电体层3形成跨多个晶粒11的极化畴12。

[0046] <制造方法>

[0047] 接下来,说明本发明的层叠型压电元件的制造方法。

[0048] 首先,将作为压电材料以锆钛酸铅(由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物(Pb (Zr, Ti) O3):PZT)为主成分的粉末,与由丙烯酸系、丁醛系等有机高分子构成的结合剂和DBP (邻苯二甲酸二丁脂)、DOP (邻苯二甲酸二辛酯)等增塑剂混合来制作浆料。接着,使用刮板法或压延辊法等带成型法,由该浆料制作陶瓷生片。

[0049] 在此,PZT粉末优选使用将由高纯度粉末构成的混合原料通过固相法在700°C以下的低温下进行合成而制成的粉末。

[0050] 另外,在压电体层3中,作为压电材料除锆钛酸铅(PZT)之外,也可以使用以钛酸钡BaTiO3为主成分的压电陶瓷材料等。作为该压电陶瓷,优选表示其压电特性的压电应变常数d33高的压电陶瓷。

[0051] 接下来,制作内部电极层5用的金属膏。该金属膏通过向主要由银-钯(Ag-Pd)构成的金属粉末中添加混合结合剂及增塑剂等而得到。使用丝网印刷等将该金属膏涂覆到陶瓷生片的单面,从而形成内部电极膏层。

[0052] 在此,金属膏优选将Pd的比率设为10质量%以下的金属膏。而且,根据内部电极层5在层叠体7中的位置的不同而使用Pd比率不同的金属膏,由此,可以得到具有如下的压电体层3的层叠体7,该压电体层3在层叠体7中的所希望的位置具有跨多个晶粒11的极化畴12。即,在使用降低了 Pd比率这种金属膏的内部电极层5周边的压电体层3中,内部电极层5和压电体层3之间的应力降低,容易形成跨多个晶粒11的极化畴12,因此,只要根据形成极化畴12的方式的不同使金属膏的Pd比率不同即可。

[0053] 另外,作为内部电极层5用的金属粉末,除银-钯之外,也可以使用铜、钯、白金或镍等的粉末。

[0054] 接下来,将使用金属膏而印刷有内部电极膏层的陶瓷生片,以例如构成图1所示结构的方式进行层叠并使其干燥,从而得到烧成前的层叠成型体。此时,在需要进一步增厚压电体层3的厚度时,如层叠体7的上下端部那样,将未印刷金属膏的陶瓷生片部分层叠在厚度需要增厚的部位即可。另外,层叠成型体可以切断成单片的层叠体7的大小以形成为所希望的形状。另外,内部电极膏层的厚度根据内部电极层5的厚度进行设定,若为丝网印刷,则设定为I〜40 ii m左右。

[0055] 接下来,将层叠成形体在规定的温度下进行脱结合剂处理后,在900〜1000°C的温度下进行烧成。此时,烧成温度曲线(:/ 口 7 r O )的条件为,在升温后在650°C以上的温度区域保持25小时以上,在此后的降温过程中,经15小时以上在温度范围650°C〜200°C中进行降温。接着,将得到的烧结体加工成所希望的尺寸后,作为层叠体7,在其侧面形成外部电极9。外部电极9可以如下形成:向主要由银构成的金属粉末添加混合结合剂、增塑剂及玻璃粉末等来制作金属膏,利用丝网印刷等将该金属膏印刷在层叠体7的侧面,并在600〜800°C的温度下进行烧成而形成。

[0056] 另外,也可以在外部电极9的外表面形成由埋设有金属网或网状金属板的导电性粘结剂构成的导电性辅助部件。金属网指的是编织金属线而构成的网,网状金属板指的是在金属板上形成孔而构成网状的金属板。

[0057] 此后,通过焊锡等将引线连接到外部电极9后,可以使用浸溃等手法在包含外部电极9的层叠体7的侧面涂覆由硅酮橡胶等构成的外装树脂。

[0058] 由此得到的层叠型压电元件I在压电体层3形成有跨多个晶粒11的极化畴12。为了在本发明的层叠型压电元件I中得到更好的效果,优选的是,如前所述,用于形成压电体层3的PZT粉末使用将由高纯度粉末构成的混合原料利用固相法在700°C以下的低温下进行合成而制成的粉末,并且,内部电极层5用的金属膏使用将Pd的比率设为10质量%以下的金属膏,进而,在层叠体7的烧成温度曲线中,峰值温度处于900°C〜1000°C的范围,且在650°C以上的温度区域保持25小时以上,并且,在降温过程中经15小时以上在温度范围650°C〜200°C中进行降温。

[0059] <喷射装置>

[0060] 图4是表示本发明的喷射装置的实施方式的一例的简略剖面图。如图4所示,本实施例的喷射装置19在一端具有喷射孔21的收纳容器(容器)23的内部收纳有以上述实施方式的示例为代表的本发明的层叠型压电元件I。

[0061] 在收纳容器23内配设有能够对喷射孔21进行开闭的针阀25。流体通路27被配设成能够根据针阀25的移动而与喷射孔21连通。该流体通路27与外部的流体供给源连结,总是以高压将燃料等流体供给至流体通路27。因此,当针阀25开放喷射孔21时,供给至流体通路27的流体以高压自喷射孔21喷出到外部、例如未图示的内燃机的燃料室内等。

[0062] 另外,针阀25的上端部的内径变大,且配置有形成于收纳容器23中的缸体29和能够滑动的活塞31。而且,在收纳容器23内,收纳有如前所述的本发明的层叠型压电元件

1

[0063] 对于如上所述的喷射装置19而言,若作为压电执行器的层叠型压电元件I被施加电压而伸长,则活塞31被按压,针阀25将喷射孔21封闭,停止供给流体。另外,若停止施加电压,则层叠型压电元件I收缩,碟形弹簧33将活塞31推回去,从而使流体通路27敞开并使喷射孔21与流体通路27连通,自喷射孔21进行流体的喷出(喷射)。

[0064] 另外,本发明的喷射装置也可构成为包括:具有喷射孔的容器和本发明的层叠型压电元件I,并且,蓄积于容器内的液体在层叠型压电元件I的驱动下自喷射孔喷出。即,层叠型压电元件I不一定需要收纳于容器23的内部,只要构成为在层叠型压电元件I的驱动下对容器的内部施加压力即可。另外,在本发明中,对液体而言,除燃料或油墨等之外,包含各种液状流体(导电膏等)。

[0065] <燃料喷射系统>

[0066] 图5是表不本发明的燃料喷射系统的实施方式的一例的简略图。如图5所不,本实施例的燃料喷射系统35具有:蓄积高压燃料的共轨37、将蓄积于该共轨37的高压燃料喷射的多个本发明的喷射装置19、向共轨37供给高压燃料的压力泵39以及向喷射装置19提供驱动信号的喷射控制单元41。

[0067] 喷射控制单元41基于外部信息或来自外部的信号,控制高压流体的喷射的量及时机。例如,一边利用传感器等对发动机的燃烧室内的状况进行感知,一边控制燃料喷射的量及时机。压力泵39起到自燃料箱43将燃料以1000〜2000大气压左右、优选以1500〜1700大气压左右的高压供给到共轨37的作用。在共轨37中,蓄积自压力泵39送来的高压燃料,并适当送入喷射装置19。喷射装置19如前所述地自喷射孔21将规定量的高压燃料以雾状喷射到外部或相邻的容器、例如发动机的燃烧室内。

[0068] 实施例

[0069] 如下所述试制具有本发明的层叠型压电元件的压电执行器。

[0070] <试样号1>

[0071] 将平均粒径为0.m的以锆钛酸铅(PZT)为主成分的压电陶瓷的准烧成粉末与结合剂及增塑剂混合来调制浆料。使用该浆料,利用刮板法来制作构成烧成后的厚度为150 pm左右的压电体层的陶瓷生片。接着,调制向银-钯合金(银70质量钯30质量%)中添加了结合剂的内部电极层用的金属膏。将该金属膏丝网印刷在陶瓷生片的单面上,并将这些印刷有金属膏的陶瓷生片层叠300片。将该层叠成形体在峰值温度1100°C下保持200分钟后,经15小时降温至室温而进行烧成。将得到的烧结体加工成规定的尺寸,从而得到层叠体。

[0072] <试样号2>

[0073] 首先,与试样号I同样地得到陶瓷生片。接着,使用两种金属调制两种金属膏用于制作内部电极层。一种为使用了银90质量钯10质量%这种合金的金属膏,另一种为银100%的金属膏。最初,将使用了银90质量钯10质量%这种合金的金属膏丝网印刷在陶瓷生片的单面,接下来,在构成层叠体时成为电极端部的位置,将银100 %的金属膏重叠地进行丝网印刷,将该陶瓷生片层叠300片而得到层叠成形体。将该层叠成形体经10小时自650°C升温至900°C,并在900°C下保持5小时后,经10小时降温至650°C,进而经15小时降温至200°C,由此来进行烧成。将得到的烧结体加工成规定的尺寸,从而得到层叠体。

[0074] 在此,在层叠时相对于内部电极层的中央部成为内部电极层的端部的位置印刷银100%的金属膏,由此,可以降低制成的层叠体中的内部电极层的端部附近的内部电极层和压电体层的界面处的应力。从而,在内部电极层的端部附近,降低了存在于晶界的残留应力,容易形成跨多个晶粒的极化畴。

[0075] <试样号3>

[0076] 首先,与试样号I同样地得到陶瓷生片。接着,使用两种金属调制两种金属膏用于制作内部电极层。一种为使用银90质量% -钯10质量%这种合金的金属膏,另一种为使用银95质量% -钯5质量%这种合金的金属膏。将调制的金属膏分别丝网印刷在陶瓷生片的单面。接着,在将该陶瓷生片层叠300片时,中央的200层配置印刷了使用银95质量% -钯5质量%这种合金的金属膏的陶瓷生片,而在其上下的各50层的叠层配置印刷了使用银90质量% -钯10质量%这种合金的金属膏的陶瓷生片,由此得到300片的层叠成形体。将该层叠成形体经10小时自650°C升温至900°C,在900°C下保持5小时后,经10小时降温至650°C,进而经15小时降温至200°C,以此进行烧成。将得到的烧结体加工成规定的尺寸,从而得到层叠体。[0077] 在此,在层叠时成为层叠体中央部的陶瓷生片上印刷银95质量%的金属膏用于形成内部电极层,由此,在制成的层叠体中,可以降低在层叠体的中央部内部电极层和压电体层的界面处的应力。由此,在层叠体的层叠中央部,降低了存在于晶界的残留应力,容易形成跨多个晶粒的极化畴。

[0078] <试样号4>

[0079] 首先,与试样号I同样地得到陶瓷生片。接着,调制使用了银95质量% -钯5质量%这种合金的金属膏,用于制作内部电极层。将调制的金属膏丝网印刷在陶瓷生片的单面,得到300层的层叠成形体。将该层叠成形体经10小时自650°C升温至900°C,在900°C下保持5小时后,经10小时降温至650°C,进而经15小时降温至200°C,以此来进行烧成。将得到的烧结体加工成规定的尺寸,从而得到层叠体。

[0080] 这样,通过将烧成峰值温度设为900°C,能够以抑制铅分解的方式进行烧成,从而可以防止压电体层的组成变得不均勻,而且,通过选定Ag比率高且杨式模量低的金属作为内部电极层,可以降低晶界处的晶体缺损、残留应力、异相成分等的不连续性,从而在所有的压电体层容易形成跨多个晶粒的极化畴。

[0081] 在以上的试样号I〜4的层叠体上分别形成外部电极,此后,相对于各层叠型压电元件,经由导电部件向外部电极施加15分钟的3kV/mm的直流电场,并进行了极化处理。由此制成作为压电执行器的层叠型压电元件。

[0082] <评价方法>

[0083] 对于得到的层叠型压电元件,利用TEM(透射型电子显微镜)观察极化畴的状态。

[0084] 在向得到的层叠型压电元件施加170V的直流电压时,在所有的层叠型压电元件(压电执行器)中,沿层叠方向得到了位移。对这些层叠型压电元件,在室温下以150Hz的频率施加0〜+170V的正弦 波电压,进行连续驱动至I X IO7次、I X IO8次及I X IO9次的试验,测定各试验后的位移量 。结果如表I所不。

[0085] [表 I]

[0086]

Figure CN102132433BD00101

[0087] <评价结果>

[0088] 如表I所示,在作为本发明实施例的试样号2〜4的各层叠型压电元件中,观察到在压电体层存在跨多个晶粒的极化畴。但是,在作为比较例的试样号I的层叠型压电元件中,不能认定在压电体层存在跨多个晶粒的极化畴。

[0089] 另外,在作为本发明实施例的试样号2的层叠型压电元件中,可以确认在所有的内部电极层的端部附近部位存在跨多个晶粒的极化畴。

[0090] 另外,在作为本发明实施例的试样号3的层叠型压电元件中,可以确认在层叠体的层叠中央部的压电体层存在跨多个晶粒的极化畴。

[0091] 并且,在作为本发明实施例的试样号4的层叠型压电元件中,可以确认在所有的压电体层存在跨多个晶粒的极化畴。

[0092] 另外,作为比较例的试样号I的层叠型压电元件的压电体层的晶粒的平均粒径为6 U m,连续驱动后在陶瓷即压电体层多产生裂纹,与此相对,在作为本发明实施例的试样号2〜4的层叠型压电元件中,压电体层的晶粒的平均粒径为2〜3 ym,即便在连续驱动后,也仅认定为产生少量的小裂纹,可以确认耐久性也好。

[0093] 另外,在试样号I的层叠型压电元件中,初始的位移量为24 iim,与此相对,I X IO7次后的位移量降低至18 ym,在5X IO7次后,在压电体层多产生裂纹而停止位移。

[0094] 与此相对,在试样号2的层叠型压电元件中,初始的位移量为36iim,与此相对,IXlO7次后的位移量为36iim、lX108次后的位移量为35 iim、I X IO9次后的位移量为35 u m。另外,在试样号3的层叠型压电元件中,初始的位移量为41 u m,与此相对,I X IO7次后的位移量为40 iim、I X IO8次后的位移量为40 iim、I X IO9次后的位移量为39 y m。另外,在试样号4的层叠型压电元件中,初始的位移量为48 u m,与此相对,I X IO7次后的位移量为47 ii m、I X IO8次后的位移量为47 u m、I X IO9次后的位移量也是47 u m。由这些结果可知,根据本发明的层叠型压电元件,具有大的位移量,并且即便在IX IO9次的连续驱动后,元件性能也不会较大地劣化,在长时间内具有很好的耐久性。

[0095] 其中,在试样号4的层叠型压电元件中,具有极大的位移量,即便在连续驱动后,元件性能也几乎不变化,元件位移量非常稳定且耐久性也好。

[0096] 附图标记说明

[0097] I层叠型压电元件

[0098] 3压电体层

[0099] 5内部电极层

[0100] 7层叠体

[0101] 9外部电极

[0102] 11 晶粒

[0103] 12极化畴

[0104] 19喷射装置

[0105] 21喷射孔

[0106] 23收纳容器(容器)

[0107] 25 针阀

[0108] 27流体通路

[0109] 29 缸体

[0110] 31 活塞[0111] 33碟形弹簧

[0112] 35燃料喷射系统

[0113] 37 共轨

[0114] 39压力泵

[0115] 41喷射控制单元

[0116] 43燃料箱

Claims (9)

1.一种层叠型压电元件,其特征在于, 包括交替层叠有压电体层和内部电极层的层叠体, 所述压电体层形成有跨多个晶粒的极化畴。
2.如权利要求1所述的层叠型压电元件,其特征在于, 所述极化畴包含多个晶粒。
3.如权利要求1所述的层叠型压电元件,其特征在于, 所述极化畴的自发极化方向偏离于在所述内部电极层之间施加的电压的电场方向。
4.如权利要求1所述的层叠型压电元件,其特征在于, 所述压电体层的晶粒的平均粒径为5 以下。
5.如权利要求1所述的层叠型压电元件,其特征在于, 所述极化畴存在于所述压电体层中的所述内部电极层的端部附近。
6.如权利要求1所述的层叠型压电元件,其特征在于, 所述极化畴形成于多个所述压电体层。
7.如权利要求1所述的层叠型压电元件,其特征在于, 所述极化畴形成于所有的所述压电体层。
8.—种喷射装置,其特征在于, 包括:具有喷出孔的容器、权利要求1所述的层叠型压电元件, 蓄积于所述容器内的液体在所述层叠型压电元件的驱动下自所述喷射孔喷出。
9.一种燃料喷射系统,其特征在于, 包括:蓄积高压燃料的共轨、喷射蓄积于该共轨的所述高压燃料的权利要求8所述的喷射装置、向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵、以及向所述喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元。
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