CN102473836A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN102473836A
CN102473836A CN2010800366304A CN201080036630A CN102473836A CN 102473836 A CN102473836 A CN 102473836A CN 2010800366304 A CN2010800366304 A CN 2010800366304A CN 201080036630 A CN201080036630 A CN 201080036630A CN 102473836 A CN102473836 A CN 102473836A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode layer
interior electrode
duplexer
piezoelektrisches mehrschichtelement
face
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010800366304A
Other languages
English (en)
Inventor
平隆昌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Publication of CN102473836A publication Critical patent/CN102473836A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/067—Forming single-layered electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/508—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

本发明提供一种层叠型压电元件，即便长时间使用，位移量也不会降低，而且可以防止在表面吸附水分或杂质，从而可以防止产生短路。该层叠型压电元件(1)具有层叠体(7)，该层叠体(7)构成为多个压电体层(3)及内部电极层(5)交替层叠且在侧面露出内部电极层(5)的一部分端面，一对外部电极(8)与层叠体(7)的侧面接合且分别与内部电极层(5)连接，内部电极层(5)在内部具有很多气孔(4)，并且在从层叠体(7)的侧面露出的端面实质上看不到气孔(4)。层叠体(7)笔直地伸展，难以因发热而被加热，并且可以抑制位移量的降低。另外，由于可以防止水分或杂质被吸附到内部电极层(5)的端面，因此，可以防止内部电极层(5)之间产生短路。

Description

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
技术领域
本发明涉及例如用于驱动元件(压电致动器)、传感器元件及电路元件等的层叠型压电元件。
背景技术
层叠型压电元件例如具有：压电体层及内部电极层交替层叠而形成的层叠体；与该层叠体的侧面接合并且与内部电极层电连接的一对外部电极，该内部电极层以交替地成为不同极性的方式被设定且分别导出到层叠体的侧面。
这种层叠型压电元件的内部电极层被设计成，在增大位移量时，该内部电极层在层叠体的端面露出。另一方面，在内部电极层的内部通常含有气孔(空隙)，该气孔的分布在内部电极层的面内是均匀的。
并且，对于层叠型压电元件而言，要求其能够应对更高频率下的驱动。
专利文献1：日本特表2006-518934号公报
由于驱动层叠型压电元件时的内部电极层中的电场沿着存在于内部电极层内的气孔穿过，因此，气孔的周边容易发热，而且，对于内部电极层的相距外部电极远的部分而言，驱动信号越是高频，则通电的时间越延迟，因此，在高频脉冲的高速驱动下，内部电极层的面内的驱动时间失常，在长时间驱动下存在如下问题：层叠型压电元件不能笔直地伸展，而且因层叠型压电元件发热而导致位移量降低。
另外，在内部电极层从层叠体侧面露出的端面，因存在于该端面的气孔所捕获的水分，导致产生了内部电极层的金属成分沿压电体层端面移动的迁移。
因此，存在难以长时间稳定地驱动层叠型压电元件的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题而作出的，其目的在于提供一种层叠型压电元件，即便长时间使用，位移量也不降低，而且，可以防止处于层叠体侧面的内部电极层的端面吸附水分或杂质，由此，可以防止层叠体侧面的内部电极层之间产生短路，可以长时间稳定地进行良好的驱动。
本发明的层叠型压电元件具有层叠体，该层叠体构成为多个压电体层及内部电极层交替层叠且在侧面露出所述内部电极层的一部分端面，一对外部电极与该层叠体的侧面接合且分别与所述内部电极层连接，所述层叠型压电元件的特征在于，所述内部电极层在内部具有多个气孔，并且在从所述层叠体的侧面露出的端面，所述气孔实质上不存在。
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，从所述层叠体的侧面露出的所述内部电极层的端面通过研磨加工而表面平整。
并且，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，从所述层叠体的侧面露出的所述内部电极层的端部，扩展到上下的所述压电体层的侧面。
本发明的喷射装置的特征在于，具有：具有喷射孔的容器和上述任一项所述的本发明的层叠型压电元件，其中，蓄积于所述容器内的流体在所述层叠型压电元件的驱动下自所述喷射孔喷出。
而且，本发明的燃料喷射系统的特征在于，具有：蓄积高压燃料的共轨、对蓄积于该共轨的所述高压燃料进行喷射的上述本发明的喷射装置、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。
发明效果
根据本发明的层叠型压电元件，内部电极层在内部具有很多气孔，并且，在从层叠体侧面露出的端面实质上不存在气孔，因此，与内部相比，端面侧的气孔少，故先从外周(端面)侧施加向内部电极层施加的电场，此后，被施加至内部电极层的内部侧。因此，在各内部电极层之间，外周(端面)侧的通电时间变得一致，驱动时间在各内部电极层的面内变得一致，即便长时间使用，层叠型压电元件也笔直地伸展，层叠型压电元件也难以因发热而被加热，可以抑制位移量的降低。
而且，由于在从层叠体侧面露出的内部电极层的端面实质上不存在气孔，因此，可以防止水分或杂质被吸附到内部电极层的端面，故可以防止层叠体侧面的内部电极层之间产生短路。而且，由于在内部电极层的内部具有气孔，因存在气孔而能够对施加于内部电极层的应力进行缓和，因此，可以长时间稳定且良好地驱动层叠型压电元件，耐久性提高。
根据本发明的喷射装置，具有：具有喷射孔的容器和上述本发明的层叠型压电元件，填充于容器内的液体在层叠型压电元件的驱动下自喷射孔喷出，由于使用了耐久性好的本发明的层叠型压电元件，故可以构成耐久性好的喷射装置。
根据本发明的燃料喷射系统，具有：蓄积高压燃料的共轨、对蓄积于该共轨的高压燃料进行喷射的上述本发明的喷射装置、向共轨供给高压燃料的压力泵、以及向喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元，由于使用了使用耐久性好的本发明的层叠型压电元件的本发明的喷射装置，故可以构成耐久性好的燃料喷射系统。
附图说明
图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式之一例的立体图。
图2是图1所示的层叠型压电元件的平行于层叠体层叠方向的截面的、包括端面露出的内部电极层的部位的剖面图。
图3是图1所示的层叠型压电元件的平行于层叠体层叠方向的截面的、包括端面露出的内部电极层的部位的剖面图。
图4是表示本发明的喷射装置的实施方式之一例的简略剖面图。
图5是表示本发明的燃料喷射系统的实施方式之一例的简略框图。
具体实施方式
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。
图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式之一例的立体图，图2是图1所示的层叠型压电元件的平行于层叠体层叠方向的截面的、包括端面露出的内部电极层的部位的剖面图。如图1及图2所示，在本实施例的层叠型压电元件1中具有层叠体7，该层叠体7构成为多个压电体层3及内部电极层5交替层叠且在侧面露出内部电极层5的一部分端面，一对外部电极8与该层叠体7的侧面接合且分别与内部电极层5连接。此时，内部电极层5在内部具有很多气孔4，并且，在于层叠体7的侧面露出的端面上实质上不存在气孔4。
构成层叠体7的压电体层3由具有压电特性的压电陶瓷构成，例如由钙钛矿型氧化物等构成，该钙钛矿型氧化物由PbZrO3-PbTiO3(PZT：锆钛酸铅)等构成。另外，内部电极层5与压电体层3交替层叠，自上下夹着压电体层3，通过按照层叠顺序配置正极及负极，对被夹在上述内部电极层5之间的压电体层3施加驱动电压。内部电极层5例如由银钯(Ag-Pd)等金属构成，在本实施例中，正极及负极(或接地极)分别在层叠体7的对置的侧面彼此相异地导出且一部分端面露出，并与接合于层叠体7的侧面的一对外部电极8电连接。
另外，在层叠体7的压电体层3之间的局部，替代内部电极层5而配置有应力缓和层(未图示)。该应力缓和层由于其强度比内部电极层5低且容易因应力而在内部产生裂纹，因此，在伴随驱动而在层叠体7产生的应力的作用下，该应力缓和层比内部电极层5先产生由裂纹等引起的破损，由此在层叠体7内作为缓和应力的层而起作用。
而且，如图2所示，在本发明的层叠型压电元件1中，其特征在于，内部电极层5在内部具有的气孔4实质上不存在(看不到)于从层叠体7侧面露出的端面，没有露出于内部电极层5的端面。
如上所述，由于气孔4在从层叠体7侧面露出的内部电极层5的端面未露出，且实质上在上述端面不存在(看不到)气孔，因此，先自内部电极层5的外周(端面)侧施加由经由外部电极8施加于内部电极层5的驱动电压产生的电场，之后，该电场被施加至内部电极层5的内部侧。因此，在各内部电极层5之间，外周(端面)侧的通电时间一致，驱动时间在各内部电极层5的面内变得一致，即便长时间使用，层叠型压电元件1也笔直地伸展，层叠型压电元件1难以因发热而被加热。而且，由于位移量与温度存在依赖性的压电体层3未被加热，因此，层叠型压电元件1可以稳定地驱动。并且，由于在内部电极层5露出的端面上实质上不存在气孔4，且气孔4未露出，因此，可以抑制内部电极层5露出的端面吸附水分或杂质，防止内部电极层5之间的金属成分产生迁移。另外，由于在内部电极层5的内部具有很多气孔4，因此，可以有效缓和驱动时施加于内部电极层5的应力。
在层叠体7的内部，内部电极层5在内部具有的很多气孔4，其大小例如为φ0.1～5μm，作为气孔率，以5～40％的比率分布于整个内部。在此，气孔率指的是，在内部电极层5的与层叠方向垂直的方向的截面上，气孔4所占面积的比例。内部电极层5内部的气孔率通过后述的制造方法可以形成为所希望的比率。具体而言，通过向构成内部电极层5的内部电极层用导电性膏添加烧成过程中消失或飞散之类的物质例如丙烯珠等树脂粉末或碳粉末等并进行混合，可以得到在内部以所希望的比率的气孔率具有很多气孔4的内部电极层5。
在本发明的层叠型压电元件1中，优选为，在层叠体7侧面露出的内部电极层5的端面通过研磨加工而表面平整。据此，可靠地构成为在从层叠体7侧面露出的内部电极层5的端面实质上不存在气孔4，并且，端面的表面被平整而形成同样的状态，因此，可以使电场自内部电极层5的端面同样地集中于外周，从而可以防止因电场的局部集中而产生放电。
在此，为了利用研磨加工使内部电极层5端面的表面平整，首先对在层叠体7侧面露出的内部电极层5的端面，沿着与内部电极层5平行的方向进行磨削加工，此后，在减小了切入量(或使切入量为零)的状态下对表面进行磨削，由此使比压电体层3柔软的内部电极层5的端面被磨石研磨，在层叠体7侧面露出的部分以填埋气孔4的方式变形，其结果是，可以得到表面被平整且在从层叠体7侧面露出的内部电极层5的端面实质上不存在气孔4的层叠体7。需要说明的是，在内部电极层5的露出的端面实质上不存在气孔4指的是，当利用金属显微镜或SEM(扫描型电子显微镜)观察内部电极层5的端面时，在构成内部电极层5的晶粒彼此之间，即便能够观察到因研磨而产生的比晶粒直径大的台阶，也不存在能够观察到处于构成内部电极层5端部的晶粒内侧的晶粒的孔。即，能够观察到处于内侧的晶粒的孔为气孔(空隙)，在此所说的气孔(空隙)不包括不能观察到处于内侧的晶粒的孔。
图3是图1所示的层叠型压电元件1的平行于层叠体7的层叠方向的截面上的、包括端面露出的内部电极层5的部位的剖面图。如图3所示，在本发明的层叠型压电元件1中，在层叠体7侧面露出的内部电极层5的端部优选为，扩展到上下的压电体层3的侧面。当内部电极层5的端部在层叠体7的侧面扩展到上下的压电体层3的侧面时，该端部的截面形状构成所谓的钉头形，从而在层叠体7的侧面可以抑制在内部电极层5和压电体层3之间产生间隙，因此，在层叠体7的侧面，内部电极层5的端面露出的部分的密封性变得良好，从这方面来看是优选的。
另外，为了以扩展到上下的压电体层3的侧面的方式形成内部电极层5的端部，首先，进行选择性地磨削压电体层3而几乎不磨削内部电极层5的磨削加工，具体而言，采用使用了流动磨料的线状锯(ワイヤ一ソ一)，对层叠体7的侧面沿着与内部电极层5平行的方向进行磨削加工，从而可以将层叠体7加工成内部电极层5的端部自压电体层3的侧面突出的形状。此后，如前所述，使用平面磨床或多边形加工机床，对层叠体7的侧面，沿着与内部电极层5平行的方向，减小磨石的切入量，优选以50μm以下的切入量、更优选以5μm以下的切入量进行多次(优选3次以上)研磨加工，从而能够使自压电体层3侧面突出的内部电极层5的端部以被压塌下的方式上下扩展，并且以扩展到上下的压电体层3的侧面的方式使内部电极层5的端部变形来形成内部电极层5的端部。
接着，说明本实施例的层叠型压电元件1的制造方法的例子。
首先，制作构成压电体层3的压电陶瓷生片。具体而言，将压电陶瓷的准烧成粉末、由丙烯系或丁醛系等有机高分子构成的结合剂(バインダ一)以及增塑剂混合来制作陶瓷浆料。接着，通过使用刮板法或压延辊法等带成型法，使用该陶瓷浆料制作压电陶瓷生片。作为压电陶瓷，只要具有压电特性即可，例如可以使用由锆钛酸铅(PZT：PbZrO3-PbTiO3)制成的钙钛矿型氧化物等。另外，作为增塑剂，可以使用邻苯二甲酸二丁脂(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等。
接着，制作构成内部电极层5的内部电极层用导电性膏。具体而言，通过向例如银-钯(Ag-Pd)合金的金属粉末中添加并混合结合剂及增塑剂来制作内部电极用导电性膏。需要说明的是，也可以代替银-钯合金而混合银粉末和钯粉末。
在此，为了在内部电极层5的内部有效地形成很多气孔4，优选在内部电极用导电性膏中混合在烧成时消失或飞散的物质例如丙烯酸珠等。含有丙烯酸珠的部位在烧成后成为气孔4而存在于内部电极层5的内部。
接着，在上述压电陶瓷生片上例如利用丝网印刷法，按照内部电极层5的图案来涂覆内部电极层用导电性膏。
进而，在其他压电陶瓷生片上利用丝网印刷法，按照应力缓和层的图案来涂覆应力缓和层用膏。该应力缓和层的图案既可以形成为相对于与层叠体7的层叠方向垂直的截面整面形成，也可以形成为局部图案。优选的是，并非在整个面，而是印刷在设置有非形成部的图案处。并且，从可靠地防止一对外部电极8之间产生短路这方面来看，优选按照正极及负极的外部电极8之间被非形成部分割的图案来形成。
接着，将涂覆有内部电极层用导电性膏的压电陶瓷生片层叠规定片数。此时，隔着规定间隔(压电陶瓷生片的片数)层叠涂覆有应力缓和层用膏的压电陶瓷生片。另外，在这些层叠体的上下，作为端部，也可以层叠未涂覆导电性膏的压电陶瓷生片。
接着，在规定温度下对如上所述形成的构成体进行脱结合剂处理后，在900～1200℃的温度下进行烧成，从而制成具有交替层叠的压电体层3及内部电极层5以及配置在一部分压电体层3之间的应力缓和层的层叠体7。
接着，对通过烧成而得到的层叠体7的侧面进行研磨加工，以使在从侧面露出的内部电极层5的端面实质上不存在气孔4。具体而言，对于内部电极层5的端面露出的层叠体7的侧面，沿着与内部电极层5平行的方向，使用平面磨床或多边形加工机床，利用例如粒度为#200～#1000的磨石进行磨削，直至层叠体7成为规定的形状，之后减小磨石的切入量，优选以50μm以下的切入量、更优以5μm以下的切入量进行多次(优选3次以上)研磨加工，从而可以利用磨石仅仅使比压电体层3柔软的内部电极层5产生塑性变形，防止堵塞在其端面露出的气孔4，由此，可以使在从层叠体7侧面露出的内部电极层5的端面实质上不存在气孔4。
并且，如图3所示，为了使在层叠体7侧面露出的内部电极层5的端部形成为扩展到上下的压电体层3的侧面，对通过烧成而得到的层叠体7，进行选择性地磨削压电体层3而几乎不磨削内部电极层5的磨削加工，具体而言，采用使用了流动磨料的线状锯，对层叠体7的侧面沿着与内部电极层5平行的方向进行磨削加工，从而可以将层叠体7加工成内部电极层5的端部自压电体层3的侧面突出的形状。此后，如前所述，使用平面磨床或多边形加工机床，对层叠体7的侧面，沿着与内部电极层5平行的方向，减小磨石的切入量，优选以50μm以下的切入量、更优选以5μm以下的切入量进行多次(优选3次以上)研磨加工，从而能够使自压电体层3侧面突出的内部电极层5的端部以被压塌下的方式上下扩展，并且以扩展到上下的压电体层3的侧面的方式形成内部电极层5的端部。
此后，将以银为主成分且包括玻璃的银玻璃导电性膏按照外部电极8的图案印刷在层叠体7的导出内部电极层5的侧面上，在650～750℃下进行烧制，从而形成外部电极8。
接着，经由导电性接合材料(焊锡)10将外部引线部件9连接并固定在外部电极8的表面。
之后，自分别与一对外部电极8连接的外部引线部件9经由外部电极8及内部电极层5向压电体层3施加0.1～3kV/mm的直流电场，对构成层叠体7的压电体层3进行极化处理，从而完成层叠型压电元件1的制作。该层叠型压电元件1经由外部引线部件9将外部电极8和外部电源连接并且经由内部电极层5向压电体层3施加驱动电压，从而可以使各压电体层3根据反压电效应较大地位移。由此，例如可以作为向发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀起作用。
接着，说明本发明的喷射装置的实施方式的例子。图4是表示本发明的喷射装置的实施方式之一例的简略剖面图。
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的内部收纳有上述实施例的层叠型压电元件1。
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。在喷射孔21中，以能够对应于针阀25的移动而连通的方式配设有流体通路27。该流体通路27与外部的流体供给源连结，总是以高压将流体供给至流体通路27。因此，当针阀25使喷射孔21敞开时，供给至流体通路27的流体自喷射孔21喷出到外部或邻接的容器、例如内燃机的燃料室(未图示)。
另外，针阀25的上端部是内径比其他部位大的活塞31，该活塞31配置成能够与缸体状收纳容器23的内壁29滑动。而且，在收纳容器23内，收纳有上述实施例的本发明的层叠型压电元件1。
在这种喷射装置19中，若层叠型压电元件1被施加电压而伸长，则活塞31被推压，针阀25将通向喷射孔21的流体通路27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1收缩，碟形弹簧33将活塞31推回去，使流体通路27敞开而使喷射孔21与流体通路27连通，自喷射孔21进行流体的喷射。
另外，也可构成为，通过向层叠型压电元件1施加电压以使流体流路27敞开，且通过停止施加电压来封闭流体流路27。
另外，本实施例的喷射装置19也可构成为具有：具有喷射孔21的容器23和上述实施例的层叠型压电元件1，并且，填充于容器23内的流体在层叠型压电元件1的驱动下自喷射孔21喷出。即，层叠型压电元件1不一定需要处于容器23的内部，只要构成为在层叠型压电元件1的驱动下，对容器23的内部施加用于控制流体喷射的压力即可。另外，在本实施例的喷射装置19中，对流体而言，除燃料或油墨等之外，还包括导电性膏等各种液体及气体。通过使用本实施例的喷射装置19，可以长期稳定地控制流体的流量及喷出时间。
若将采用了上述实施例的层叠型压电元件1的本实施例的喷射装置19用于内燃机，则与现有的喷射装置相比，可以在更长期间内将燃料稳定且高精度地喷射到发动机等内燃机的燃烧室中。
接着，说明本发明的燃料喷射系统的实施方式的示例。图5是表示本发明的燃料喷射系统的实施方式之一例的简图。
如图5所示，本实施例的燃料喷射系统35具有：蓄积作为高压流体的高压燃料的共轨37、对蓄积于该共轨37的高压流体进行喷射的多个上述实施例的喷射装置19、向共轨37供给高压流体的压力泵39以及向喷射装置19提供驱动信号的喷射控制单元41。
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量及喷射时间。例如，若将本实施例的燃料喷射系统35用于发动机的燃料喷射，则可以在利用传感器等对发动机的燃烧室内的状况进行感知的同时控制燃料喷射量及喷射时间。压力泵39起到自燃料箱43将流体燃料以高压供给到共轨37的作用。例如，在处于发动机的燃料喷射系统35的情况下，形成1000～2000大气压(约101MPa～约203MPa)左右、优选形成1500～1700大气压(约152MPa～约172MPa)左右的高压，并将流体燃料送入共轨37。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如前所述自喷射孔21将一定的流体喷射到外部或邻接的容器。例如，当喷射供给燃料的对象为发动机时，将高压燃料自喷射孔21以雾状喷射到发动机的燃烧室内。
需要说明的是，本发明并不限于上述实施方式的示例，在不脱离本发明主旨的范围内能够进行各种变更。例如，在上述示例中，层叠型压电元件1中的外部电极8在层叠体7的对置的两个侧面各形成有一个，但也可以将两个外部电极8形成于层叠体7的相邻侧面，还可以在层叠体7的同一侧面形成。另外，层叠体7的与层叠方向正交的方向上的截面形状，除上述实施方式的作为示例的四边形之外，也可以是六边形或八边形等多边形、圆形、或将直线和圆弧组合的形状。
本实施例的层叠型压电元件1例如用于压电驱动元件(压电致动器)、压力传感器元件及压电电路元件等。作为驱动元件，例如可以举出汽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、振动防止装置。作为传感器元件，例如可以举出燃烧压力传感器、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，例如可以举出压电陀螺仪、压电开关、压电变压器及压电断路器。
实施例
以下说明本发明的层叠型压电元件的实施例。
如下所述制作具有本发明的层叠型压电元件的压电致动器。首先，将平均粒径为0.4μm的以锆钛酸铅(PZT：PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷的准烧成粉末、结合剂及增塑剂混合来制作陶瓷浆料。使用该陶瓷浆料利用刮板法来制作构成厚度100μm的压电体层的压电陶瓷生片。此后，在银钯构成的合金粉末中，相对于银钯合金按照20体积％添加丙烯珠，向如上所述制成的混合物中添加增塑剂及结合剂，从而制成内部电极层用导电性膏。
接着，将该内部电极层用导电性膏利用丝网印刷法涂覆在压电陶瓷生片上，并将如上所述形成的片体层叠300片。
接下来，对如上所述层叠而形成的构成体在980～1100℃下进行烧成而得到层叠体。
接着，使用粒度为#600的磨石，以100μm的切入量将烧成后的层叠体加工成规定的形状，之后，以0μm的切入量对层叠体的侧面进行10次研磨加工。
通过如上所述进行处理，得到在内部电极层的内部具有很多气孔且在从层叠体侧面露出的内部电极层的端面实质上不存在气孔的层叠体。
接着，对制成的层叠体的侧面进行镜面精加工后，对于局部在层叠体侧面露出的内部电极层确认是否存在气孔，根据确认结果可知，在内部电极层的内部，以平均20体积％的比例以及大致相同的分布存在有平均大小为3μm的很多气孔，但在从层叠体侧面露出的端部未看到气孔。此时，内部电极层的露出的端面通过研磨加工而表面平整。
接着，将向银粉末中添加玻璃、结合剂及增塑剂而制成的银玻璃膏按照外部电极的图案印刷在层叠体的侧面，在700℃下进行烧制，从而形成与内部电极层连接的外部电极。接着，使用作为导电性接合材料的焊锡将作为外部引线部件的引线连接固定在该外部电极上。通过如上所述进行处理，制成本发明的层叠型压电元件的实施例的试样(试样号1)。
另一方面，作为比较例，使用粒度为#600的磨石，以100μm的切入量将烧成后的层叠体加工成规定的形状，从而制成试样。对于该试样，同样地对层叠体的侧面进行镜面精加工，对于局部在层叠体侧面露出的内部电极层确认是否存在气孔，根据确认结果可知，在内部电极层的内部，以平均20体积％的比例以及大致相同的分布存在平均大小为3μm的很多气孔，并且，在从层叠体侧面露出的端部也同样地以平均20体积％的比例以及大致相同的分布存在大小相同的很多气孔。
接着，使用该比较例的试样，利用平面磨床对使内部电极层的端面露出的层叠体的侧面进行研磨加工，从而制成很多气孔在内部电极层的端面露出的层叠体，进而制成在该层叠体的侧面涂覆硅酮树脂而形成的作为比较例的层叠型压电元件的试样(试样号2)。
接着，对于上述试样号1、2的层叠型压电元件，经由外部引线部件向外部电极施加15分钟的3kV/mm的直流电场，进行压电体层的极化处理。
此后，对上述试样号1、2的层叠型压电元件，分别在150℃的气氛下以150Hz的频率施加0V～+160V的交流电压，进行连续驱动至1×108次来进行耐久性试验。得到的结果如表1所示。
[表1]
  试样号   耐久试验的结果
  1   1×108次循环驱动后，无异常
  2   2×107次循环驱动后，外部电极自层叠体剥离，产生火花
如表1所示，在本发明的实施例的层叠型压电元件(试样号1)中，即便连续驱动1×108次，也未见异常。这是因为，在内部电极层的露出的端面上实质上未看到气孔，外表面侧的气孔少，因此，先从外周侧施加内部电极层的电场，此后，向内部通电，故各内部电极层之间的外周侧的通电时间变得一致，驱动时间在平行于内部电极层的面内变得一致，即便长时间驱动，层叠体也笔直地伸展，层叠型压电元件也难以因发热而被加热，能够抑制位移量的降低。
而且，上述未见异常的原因也在于，对于内部电极层，通过减少外表面侧即端面的气孔，可以防止端面吸附水分或杂质，从而可以防止层叠体侧面的内部电极层之间产生短路，另一方面，因在内部电极层的内部存在很多气孔，因此可以缓和施加于内部电极层的应力，提高耐久性。进而，上述未见异常的原因还在于，可以抑制电场局部集中在内部电极层的一部分端面之类的不良情况，从而可以防止产生放电，使内部电极层端面的密封性变得良好。
另一方面，在比较例的层叠型压电元件(试样号2)的情况下，在连续驱动2×106次后，外部电极自层叠体剥离、产生火花、层叠型压电元件停止。
附图标记说明
1    层叠型压电元件
3    压电体层
4    气孔
5    内部电极层
7    层叠体
8    外部电极
9    外部引线部件
19   喷射装置
21   喷射孔
23   收纳容器(容器)
25   针阀
27   流体通路
29   缸体
31   活塞
33   碟形弹簧
35   燃料喷射系统
37   共轨
39   压力泵
41   喷射控制单元
43   燃料箱

Claims (5)

1.一种层叠型压电元件，具有层叠体，该层叠体构成为多个压电体层及内部电极层交替层叠且在侧面露出所述内部电极层的一部分端面，一对外部电极与该层叠体的侧面接合且分别与所述内部电极层连接，所述层叠型压电元件的特征在于，
所述内部电极层在内部具有多个气孔，并且在从所述层叠体的侧面露出的端面，所述气孔实质上不存在。
2.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
从所述层叠体的侧面露出的所述内部电极层的端面通过研磨加工而表面平整。
3.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
从所述层叠体的侧面露出的所述内部电极层的端部扩展到上下的所述压电体层的侧面。
4.一种喷射装置，其特征在于，具有：
具有喷射孔的容器和权利要求1～权利要求3中任一项所述的层叠型压电元件，
其中，蓄积于所述容器内的流体在所述层叠型压电元件的驱动下自所述喷射孔喷出。
5.一种燃料喷射系统，其特征在于，具有：
蓄积高压燃料的共轨、
对蓄积于该共轨的所述高压燃料进行喷射的权利要求4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。
CN2010800366304A 2009-08-27 2010-08-27 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 Pending CN102473836A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009196348 2009-08-27
JP2009-196348 2009-08-27
PCT/JP2010/064590 WO2011024948A1 (ja) 2009-08-27 2010-08-27 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102473836A true CN102473836A (zh) 2012-05-23

Family

ID=43628046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800366304A Pending CN102473836A (zh) 2009-08-27 2010-08-27 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

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120187212A1 (zh)
EP (1) EP2472620B1 (zh)
JP (1) JP5496210B2 (zh)
CN (1) CN102473836A (zh)
WO (1) WO2011024948A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010013670A1 (ja) * 2008-07-29 2010-02-04 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム
KR101439398B1 (ko) * 2010-02-04 2014-09-11 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 Ｅｓｄ 보호장치의 제조방법 및 ｅｓｄ 보호장치
JP6798902B2 (ja) * 2016-02-26 2020-12-09 京セラ株式会社 圧電磁器板および板状基体ならびに電子部品
CN111201710A (zh) * 2017-10-12 2020-05-26 住友电气工业株式会社 陶瓷基板、层状体和saw器件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1926697A (zh) * 2004-03-09 2007-03-07 京瓷株式会社 叠层型压电元件及其制造方法
CN101238598A (zh) * 2005-06-15 2008-08-06 京瓷株式会社 层叠型压电元件及使用其的喷射装置
CN101248499A (zh) * 2005-10-28 2008-08-20 株式会社村田制作所 层叠型电子部件及其制造方法
CN101317280A (zh) * 2005-11-29 2008-12-03 京瓷株式会社 层叠型电子部件及其制造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2567046B2 (ja) * 1987-09-25 1996-12-25 日立金属株式会社 積層型変位素子
JPH11163426A (ja) * 1997-11-28 1999-06-18 Kyocera Corp 積層型圧電アクチュエータ
US7354642B2 (en) * 2000-02-16 2008-04-08 Taiyo Yuden Co., Ltd. Multilayer displacement element
JP3872349B2 (ja) * 2002-01-24 2007-01-24 京セラ株式会社 積層型圧電素子の製法
JP4165237B2 (ja) * 2003-01-28 2008-10-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の始動制御装置
JP4635439B2 (ja) * 2003-02-12 2011-02-23 株式会社デンソー 積層型圧電体素子及びその製造方法
JP4310585B2 (ja) * 2003-02-21 2009-08-12 株式会社村田製作所 積層型セラミック電子部品およびその製造方法
DE10307825A1 (de) 2003-02-24 2004-09-09 Epcos Ag Elektrisches Vielschichtbauelement und Schichtstapel
JP2004363489A (ja) * 2003-06-06 2004-12-24 Ngk Insulators Ltd 圧電／電歪素子、圧電／電歪素子の製造方法、圧電／電歪デバイス及び圧電／電歪デバイスの製造方法
DE102004038103A1 (de) * 2004-08-05 2006-02-23 Epcos Ag Vielschichtbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
JP2006156587A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Tdk Corp 積層型圧電素子
US7710397B2 (en) * 2005-06-03 2010-05-04 Apple Inc. Mouse with improved input mechanisms using touch sensors
JP2007134561A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Fujitsu Ltd 多層圧電素子の形成方法
CN101390228B (zh) * 2006-02-27 2010-12-08 京瓷株式会社 陶瓷构件的制造方法、陶瓷构件、气体传感器元件、燃料电池元件、过滤元件、层叠型压电元件、喷射装置以及燃料喷射系统
JP4933554B2 (ja) * 2006-09-28 2012-05-16 京セラ株式会社 積層型圧電素子、これを用いた噴射装置及び燃料噴射システム、並びに積層型圧電素子の製造方法
EP2140507B1 (en) * 2007-03-27 2014-02-26 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element and method of producing the same
EP2224506B1 (en) * 2007-11-28 2015-01-07 Kyocera Corporation Laminated piezoelectric element, its manufacturing method, injection device, and fuel-injection system
WO2009096381A1 (ja) * 2008-01-29 2009-08-06 Kyocera Corporation 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置及び燃料噴射システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1926697A (zh) * 2004-03-09 2007-03-07 京瓷株式会社 叠层型压电元件及其制造方法
CN101238598A (zh) * 2005-06-15 2008-08-06 京瓷株式会社 层叠型压电元件及使用其的喷射装置
CN101248499A (zh) * 2005-10-28 2008-08-20 株式会社村田制作所 层叠型电子部件及其制造方法
CN101317280A (zh) * 2005-11-29 2008-12-03 京瓷株式会社 层叠型电子部件及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2472620A1 (en) 2012-07-04
JP5496210B2 (ja) 2014-05-21
EP2472620B1 (en) 2018-06-13
JPWO2011024948A1 (ja) 2013-01-31
WO2011024948A1 (ja) 2011-03-03
EP2472620A4 (en) 2014-08-27
US20120187212A1 (en) 2012-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2461385B1 (en) Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system using the same
JP5084744B2 (ja) 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置及び燃料噴射システム
CN103094469B (zh) 层叠型压电元件、利用该元件的喷射装置及燃料喷射系统
CN101785125B (zh) 层叠型压电元件、具有其的喷射装置及燃料喷射系统
CN102473835B (zh) 层叠型压电元件及具备该压电元件的喷射装置以及燃料喷射系统
CN103314459A (zh) 层叠型压电元件及具备该层叠型压电元件的压电促动器、喷射装置以及燃料喷射系统
EP2337103A1 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device using same and fuel injection system
CN102511088A (zh) 层叠型压电元件、使用该层叠型压电元件的喷射装置及燃料喷射系统
CN102473836A (zh) 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
JP5787547B2 (ja) 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム
JPWO2011093293A1 (ja) 積層型圧電素子およびその製造方法、ならびにこの積層型圧電素子を備えた噴射装置、燃料噴射システム
CN102113142B (zh) 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
WO2014069452A1 (ja) 積層型圧電素子およびこれを備えた圧電アクチュエータ、噴射装置ならびに燃料噴射システム
CN102449792B (zh) 层叠型压电元件及具有该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射系统
EP3101701B1 (en) Laminated piezoelectric element, and injection device and fuel-injection system containing said laminated piezoelectric element
WO2016121278A1 (ja) 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム
JP5701397B2 (ja) 積層型圧電素子およびこれを備えた圧電アクチュエータ、噴射装置、燃料噴射システム
JP2012114212A (ja) 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム
WO2016013265A1 (ja) 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム
JP5403986B2 (ja) 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム
CN104160524B (zh) 层叠型压电元件以及具备其的喷射装置和燃料喷射系统
JP2014107438A (ja) 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Ping Longjing

Inventor before: Ping Longchang

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: PING LONGCHANG TO: PING LONGJIN

C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C05 Deemed withdrawal (patent law before 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120523