DE102004007999A1 - Piezoelectric actuator for injector in IC engine of vehicle, has piezoelectric element units, each with stack of not more than 50 piezoelectric ceramic layers, and inactive bonded ceramic layers between electrode layers - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktuator, der als Antriebsquelle eines Injektors usw. verwendet wird.The invention relates to a piezoelectric Actuator used as a drive source for an injector, etc. becomes.
In der Vergangenheit wurde vorgeschlagen, ein piezoelektrisches Element als Antriebsquelle für einen Injektor (Brennkraftmaschinen-Einspritzeinrichtung) einer Brennkraftmaschine eines Automobils usw. zu verwenden. Insbesondere muß ein Injektor wiederholt Kraftstoff mit einer extrem hohen Geschwindigkeit zumindest 108 Mal einspritzen, so daß ein extrem harter Verwendungszustand das piezoelektrische Element als dessen Antriebsquelle beaufschlagt. Daher muß ein piezoelektrisches Element für einen Injektor nicht nur überlegene piezoelektrische Eigenschaften, sondern auch eine überlegene Dauerhaftigkeit bzw. Haltbarkeit haben.In the past, it has been proposed to use a piezoelectric element as a drive source for an injector (internal combustion engine injector) of an internal combustion engine of an automobile, etc. In particular, an injector repeatedly has to inject fuel at an extremely high speed at least 10 8 times, so that an extremely hard state of use impacts the piezoelectric element as its drive source. Therefore, a piezoelectric element for an injector must not only have superior piezoelectric properties, but also superior durability.
Als solch ein piezoelektrisches Element wird ein gestapeltes Piezoelektrikum, das aus einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramikschichten, die sich in Übereinstimmung mit der angelegten Spannung verschieben, und inneren Elektrodenschichten zum Anlegen der Spannung, die abwechselnd gestapelt sind, besteht, als am Vielversprechendsten erachtet. Dies ist deshalb so, weil dieses gestapelte Piezoelektrikum eine große Antriebsquelle ergeben kann, da sich die zwischen den inneren Elektrodenschichten liegenden piezoelektrischen Keramikschichten verschieben, wenn sie mit Spannung versorgt werden.As such a piezoelectric element becomes a stacked piezoelectric that consists of a variety of piezoelectric ceramic layers that are in accordance with the applied Shift voltage, and inner electrode layers to apply of tension, which are alternately stacked, is the most promising considered. This is because this stacked piezoelectric a great power source can result, since there is between the inner electrode layers lying piezoelectric ceramic layers move when they be supplied with voltage.
Im allgemeinen kann das vorstehende gestapelte Piezoelektrikum durch Drucken von Elektrodenstrukturen bzw. -mustern auf ungebrannte Keramikplatten mittels einem leitenden Pastenmaterial, Überlagern von mehreren zehn oder hundert derselben, und Pressbonden derselben, um einen Stapel herzustellen, Erwärmen des Stapels, um den Binder zu entfernen (Entfetten), und sodann Brennen desselben erhalten werden.In general, the above can stacked piezoelectric by printing electrode structures or patterns on unfired ceramic plates using a conductive Paste material, overlaying tens or hundreds of them, and press bonding them, to make a stack, heating the stack to the binder to remove (degreasing), and then keep burning it become.
Ferner wurden bei dem vorstehenden gestapelten Piezoelektrikum, um eine größere Verschiebung des gestapelten Piezoelektrikums zu erhalten, Versuche durchgeführt, um die Anzahl gestapelter Schichten zu erhöhen. Als jedoch die Anzahl gestapelter Schichten erhöht wurde, bestand das Problem, daß nicht nur eine stabile Produktion schwierig wurde, sondern auch dann, wenn die gestapelte Anzahl nahezu einhundert erreichte, die innere Belastung, die erzeugt wird, wenn das piezoelektrische Element betrieben wird, zunahm, sodaß leicht Risse auftraten und die Lebensdauer kürzer wurde.Furthermore, in the above stacked piezoelectric to a larger displacement of the stacked To get the piezoelectric, trials were performed to get the number stacked Increase layers. However, as the number of layers stacked increased, the problem was that not only stable production became difficult, but also when the stacked number reached nearly one hundred, the inner one Load generated when the piezoelectric element is operated becomes, so that easily Cracks appeared and the life span became shorter.
Um dieses Problem im Stand der Technik zu lösen, wurde das Verfahren vorgeschlagen, bei dem zunächst Stapel-Untereinheiten hergestellt werden, die aus einer Vielzahl von zusammengestapelten ungebrannten Keramikplatten bestehen, die Stapel-Untereinheiten dann entfettet werden, um entfettete Einheiten der Untereinheiten herzustellen, und dann eine Vielzahl dieser entfetteten Einheiten gestapelt und gebrannt werden, um ein gestapeltes Piezoelektrikum der gewünschten Anzahl gestapelter Schichten zu erhalten (vgl. die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 64-33980).To address this problem in the prior art to solve, the method was proposed in which initially stack subunits are made from a variety of stacked together Unfired ceramic plates are made up of stacking subunits then be degreased to degreased units of the subunits manufacture, and then a variety of these degreased units stacked and burned to form a stacked piezoelectric the desired one Obtain number of layers stacked (see Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 64-33980).
Bei dem vorstehenden gestapelten Piezoelektrikum bestand jedoch das Problem, daß sich die äußersten Schichten der Stapel-Untereinheiten während des Druckens der Elektroden verformten und die Bondoberflächen der Stapel-Untereinheiten beschädigt wurden. Ferner trat eine große Belastung in den Stapel-Untereinheiten auf und bestand die Gefahr, daß im Inneren derselben Risse bzw. Brüche auftreten.With the above stacked Piezoelectric, however, had the problem that the outermost layers of the stack subunits during the Printing the electrodes deformed and the bond surfaces of the Stack sub-units damaged were. There was also a big one Load in the stack subunits and there was a risk that in Inside the same cracks or breaks occur.
Daher war ein solches gestapeltes Piezoelektrikum schwer als eine Antriebsquelle für einen wie vorstehend erklärt überlegene Dauerhaftigkeit erfordernden Injektor zu nutzen.So it was stacked Piezoelectric heavy as a power source for a superior as explained above To use injector requiring durability.
Die Erfindung erfolgte in Anbetracht dieser Probleme im Stand der Technik und soll einen hinsichtlich der Dauerhaftigkeit überlegenen piezoelektrischen Aktuator schaffen.The invention was made in view of these problems in the prior art and is said to address one in terms of Durability superior create piezoelectric actuator.
Ein erster Aspekt der Erfindung schafft
einen piezoelektrischen Aktuator mit einem piezoelektrischen Einheitselement,
das aus zumindest zwei piezoelektrischen Elementeinheiten besteht,
von denen jede aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren
Elektrodenschichten besteht, die abwechselnd gestapelt und an Bondoberflächen an
den äußersten
Seiten in der Stapelrichtung gebondet sind, um gebondete Teile zu
bilden, dadurch gekennzeichnet, daß
jede piezoelektrische
Elementeinheit aus einem Stapel von nicht mehr als 50 der piezoelektrischen
Keramikschichten besteht, und
gebondete Keramikschichten, die
zwischen zwei aneinandergrenzenden inneren Elektrodenschichten liegen, die
jeden gebondeten Teil zwischen sich einschließen, inaktiv sind.A first aspect of the invention provides a piezoelectric actuator having a piezoelectric unit element composed of at least two piezoelectric element units, each of which is composed of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers alternately stacked and bonded to bonding surfaces on the outermost sides in the stacking direction to form bonded parts, characterized in that
each piezoelectric element unit consists of a stack of no more than 50 of the piezoelectric ceramic layers, and
bonded ceramic layers that lie between two adjacent inner electrode layers that enclose each bonded part between them are inactive.
Der piezoelektrische Aktuator des ersten Aspekts der Erfindung weist, wie vorstehend erklärt, ein piezoelektrischen Einheitselement auf, das aus zumindest zwei piezoelektrischen Elementeinheiten besteht, von denen jede aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren Elektrodenschichten besteht, die abwechselnd gestapelt und zusammengebondet sind.The piezoelectric actuator of the first aspect of the invention, as explained above Piezoelectric unit element consisting of at least two piezoelectric Element units consist, each of which is made of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers that are alternately stacked and are bonded together.
Daher wird sich dann, wenn Spannung an den piezoelektrischen Aktuator angelegt wird, das piezoelektrische Einheitselement verformen, und kann Antriebsleistung entnommen werden. Daher kann der vorstehende piezoelektrische Aktuator als eine Antriebsquelle für zum Beispiel einen Injektor genutzt werden.Therefore, when there is tension is applied to the piezoelectric actuator, the piezoelectric Deform unit element, and drive power can be taken. Therefore, the above piezoelectric actuator can be used as a drive source for for Example an injector can be used.
Ferner besteht bei dem vorstehenden piezoelektrischen Aktuator jede der piezoelektrischen Elementeinheiten aus nicht mehr aus 50 zusammengestapelten Keramikschichten.Furthermore, in the above piezoelectric actuator each of the piezoelectric element units no longer from 50 stacked ceramic layers.
Indem die Anzahl gestapelter Schichten jeder der piezoelektrischen Elementeinheiten nicht größer als 50 gemacht wird, wird die zur Zeit des Anlegens von Spannung erzeugte Belastung unterdrückt. Daher ist es möglich, das Auftreten von Rissen im Inneren der piezoelektrischen Elementeinheiten zur Zeit des Anlegens von Spannung zu verhindern.By the number of layers stacked each of the piezoelectric element units not larger than 50 is made, the one generated at the time of voltage application Suppressed load. Therefore it is possible the occurrence of cracks inside the piezoelectric element units at the time of applying voltage.
Ferner kann zur Zeit der Herstellung jeder Stapel von aus nicht mehr als 50 Schichten separat entfettet werden. Daher wird die Entfettungszeit verkürzt und wird es nahezu keinen schließlich auf den piezoelektrischen Keramikschichten verbleibenden Binder geben. Daher können die piezoelektrischen Keramikschichten ausreichend ihre ihnen inhärent innewohnenden überlegenen piezoelektrischen Eigenschaften zeigen.Furthermore, at the time of manufacture each batch of no more than 50 layers can be degreased separately. Therefore, the degreasing time is shortened and there is almost none finally binder remaining on the piezoelectric ceramic layers give. Therefore can the piezoelectric ceramic layers are sufficiently superior to their inherent ones show piezoelectric properties.
Ferner sind bei dem vorstehenden piezoelektrischen Aktuator die gebondeten Keramikschichten, die zwischen zwei aneinandergrenzenden inneren Elektrodenschichten liegen, die jeden gebondeten Teil zwischen sich einschließen, inaktiv.Furthermore, in the above piezoelectric actuator the bonded ceramic layers between two adjoining inner electrode layers are located enclose each bonded part between them, inactive.
Daher werden sich dann, wenn Spannung angelegt wird, auch dann, wenn sich die piezoelektrischen Elementeinheiten in dem piezoelektrischen Einheitselement stark verformen, die gebondeten Keramikschichten, die selbst an den gebondeten Teilen ausgebildet sind, nicht positiv verformen, und werden ihre Ausmaße der Verformung klein sein.Therefore, when there is tension is applied, even if the piezoelectric element units strongly deform the bonded in the piezoelectric unit element Ceramic layers that are formed even on the bonded parts are, do not deform positively, and become their extent of deformation be small.
Aufgrund dessen ist es möglich, zu verhindern, daß an den Bondoberflächen, an denen die piezoelektrischen Elementeinheiten gebondet werden, wenn der piezoelektrische Aktuator hergestellt wird, eine lokale Beschädigung auftritt.Because of this, it is possible to prevent at the bond surfaces, to which the piezoelectric element units are bonded, when the piezoelectric actuator is manufactured, local damage occurs.
Auf diese Art und Weise ist es in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der Erfindung möglich, einen hinsichtlich der Dauerhaftigkeit überlegenen piezoelektrischen Aktuator bereitzustellen.That way, it's in line with the first aspect of the invention possible one with regard to Durability superior Provide piezoelectric actuator.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung
schafft einen piezoelektrischen Aktuator mit einem piezoelektrischen Einheitselement,
das aus zumindest zwei piezoelektrischen Elementeinheiten besteht,
von denen jede aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren
Elektrodenschichten besteht, die abwechselnd gestapelt und an Bondoberflächen an
den äußersten
Seiten in der Stapelrichtung gebondet sind, um gebondete Teile zu
bilden, dadurch gekennzeichnet, daß
jede piezoelektrische
Elementeinheit aus einem Stapel von nicht mehr als 50 piezoelektrischen
Keramikschichten besteht, und
an jeder piezoelektrischen Elementeinheit
ein Parallelitätswert
von einer Bondoberfläche
zu einer anderen Bondoberfläche
aus den Bondoberflächen
an den beiden Enden der piezoelektrischen Elementeinheit nicht höher als
0,1 mm ist.A second aspect of the invention provides a piezoelectric actuator having a piezoelectric unit element composed of at least two piezoelectric element units, each of which is composed of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers alternately stacked and bonded to bonding surfaces on the outermost sides in the stacking direction to form bonded parts, characterized in that
each piezoelectric element unit consists of a stack of no more than 50 piezoelectric ceramic layers, and
at each piezoelectric element unit, a parallelism value from one bond surface to another bond surface from the bond surfaces at both ends of the piezoelectric element unit is not higher than 0.1 mm.
Bei dem piezoelektrischen Aktuator des zweiten Aspekts der Erfindung ist der Parallelitätswert einer Bondoberfläche zu ei ner anderen Bondoberfläche aus den Bondoberflächen an den beiden Enden jeder piezoelektrischen Elementeinheit nicht höher als 0,1 mm.With the piezoelectric actuator In the second aspect of the invention, the parallelism value of a bond surface is one other bond surface from the bond surfaces not at the two ends of each piezoelectric element unit higher than 0.1 mm.
Daher ist es möglich, das Auftreten einer lokalen Belastung an den Bondoberflächen der piezoelektrischen Elementeinheiten zu verhindern. Aufgrund dessen ist es möglich, eine Beschädigung an den gebondeten Teilen zu verhindern und die Dauerhaftigkeit des piezoelektrischen Aktuators zu verbessern.Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a local stress on the bond surfaces of the piezoelectric To prevent elemental units. Because of this, it is possible to get one damage to prevent the bonded parts and the durability of the improve piezoelectric actuator.
Ferner besteht in dem piezoelektrischen Aktuator jede piezoelektrische Elementeinheit aus nicht mehr aus 50 zusammengestapelten piezoelektrischen Keramikschichten.There is also the piezoelectric Actuator no longer consists of any piezoelectric element unit 50 stacked piezoelectric ceramic layers.
Indem die Anzahl gestapelter Schichten jeder der piezoelektrischen Elementeinheiten nicht größer als 50 gemacht wird, wird auf dieselbe Art und Weise wie in dem ersten Aspekt der Erfindung die zur Zeit des Anlegens von Spannung erzeugte Belastung unterdrückt. Daher ist es möglich, das Auftreten von Rissen im Inneren der piezoelektrischen Elementeinheiten zur Zeit des Anlegens von Spannung zu verhindern. Ferner kann auf dieselbe Art und Weise wie in dem ersten Aspekt der Erfindung zur Zeit der Herstellung jeder Stapel aus nicht mehr als 50 Schichten separat entfettet werden. Daher wird die Entfettungszeit verkürzt, und wird es nahezu keinen schließlich an den piezoelektrischen Keramikschichten verbleibenden Binder geben.By the number of layers stacked each of the piezoelectric element units not larger than 50 is done in the same way as in the first Aspect of the invention generated at the time of voltage application Suppressed load. Therefore it is possible the occurrence of cracks inside the piezoelectric element units at the time of applying voltage. Furthermore, on the same manner as in the first aspect of the invention Time of making each stack from no more than 50 layers be degreased separately. Therefore, the degreasing time is shortened, and eventually there will be almost none give remaining binder to the piezoelectric ceramic layers.
Ein dritter Aspekt der Erfindung
schafft einen piezoelektrischen Aktuator mit einem piezoelektrischen Einheitselement,
das aus zumindest zwei piezoelektrischen Elementeinheiten besteht,
von denen jede aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren
Elektrodenschichten besteht, die abwechselnd gestapelt sind, gebondet
an Bondoberflächen
an den äußersten
Seiten in der Stapelrichtung, um gebondete Teile zu bilden, dadurch
gekennzeichnet, daß
jede
piezoelektrische Elementeinheit aus einem Stapel von nicht mehr
als 50 piezoelektrischen Keramikschichten besteht,
äußerste Enden
in der Stapelrichtung des piezoelektrischen Einheitselements Verbindungselemente
mit einem Elastizitätsmo dul
größer als
der der piezoelektrischen Elementeinheiten aufweisen, und
das
piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente zwischen
sich mit Puffereinheiten versehen sind, die aus piezoelektrischen
Keramikschichten und inneren Elektrodenschichten bestehen, die abwechselnd
gestapelt sind, um die innere Belastung des piezoelektrischen Einheitselements
abzupuffern.A third aspect of the invention provides a piezoelectric actuator having a piezoelectric unit element composed of at least two piezoelectric element units, each of which is composed of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers which are alternately stacked, bonded to bonding surfaces on the outermost sides in the stacking direction to form bonded parts, characterized in that
each piezoelectric element unit consists of a stack of no more than 50 piezoelectric ceramic layers,
outermost ends in the stacking direction of the piezoelectric unit element have connecting elements with a modulus of elasticity greater than that of the piezoelectric element units, and
the piezoelectric unit element and the connection elements between them are provided with buffer units consisting of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers which are alternately stacked to buffer the internal load of the piezoelectric unit element.
Der piezoelektrische Aktuator des dritten Aspekts der Erfindung weist Verbindungselemente mit einem Elastizitätsmodul bzw. Young'schen Modul größer als der der piezoelektrischen Elementeinheiten auf.The piezoelectric actuator of the third aspect of the invention has connecting elements with a Young's modulus or Young's modulus greater than that of the piezoelectric element units.
Daher ist es möglich, den Verlust zu reduzieren, wenn eine Verschiebung des piezoelektrischen Aktuators auf externe Metallelemente usw. übertragen wird.Therefore, it is possible to reduce the loss when a displacement of the piezoelectric actuator to external Transfer metal elements, etc. becomes.
Ferner sind das piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente zwischen sich mit Puffereinheiten versehen, die aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren Elektrodenschichten, bestehen, die abwechselnd gestapelt sind, um die innere Belastung des piezoelektrischen Einheitselements abzupuffern.They are also piezoelectric Unit element and the connecting elements between them with buffer units provided that of piezoelectric ceramic layers and inner Electrode layers, which are alternately stacked to to buffer the internal stress of the piezoelectric unit element.
Daher ist es möglich, das Auftreten von Rissen im Inneren des piezoelektrischen Aktuators zu verhindern.Therefore, it is possible to prevent the appearance of cracks to prevent inside the piezoelectric actuator.
Das heißt, wenn Spannung an den piezoelektrischen Aktuator angelegt wird, expandiert das piezoelektrische Einheitselement in der Stapelrichtung bzw. dehnt sich aus und kontrahiert in der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung bzw. zieht sich zusammen. Andererseits werden sich die Verbindungselemente nicht verformen. Daher würden dann, wenn das piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente direkt verbunden würden, die Expansion und die Kontraktion des piezoelektrischen Einheitselements gehemmt, so daß im Ergebnis die innere Belastung zunehmen würde und die Gefahr bestünde, daß Risse auftreten.That is, when voltage on the piezoelectric Actuator is applied, the piezoelectric unit element expands in the stacking direction or expands and contracts in the Direction perpendicular to the stacking direction or contracts. On the other hand, the connecting elements will not deform. Therefore then when the piezoelectric unit element and the connecting elements would be directly connected the expansion and contraction of the piezoelectric unit element inhibited so that in As a result, the internal load would increase and there would be a risk of cracks occur.
Durch Zwischenlegen von Puffereinheiten zwischen die piezoelektrischen Elementeinheiten und die Verbindungselemente auf diese Art und Weise ist es möglich, die Zunahme der inneren Belastung zu unterdrücken und das Auftreten von Rissen zu unterdrücken. Daher wird der piezoelektrische Aktuator hinsichtlich der Dauerhaftigkeit überlegen.By interposing buffer units between the piezoelectric element units and the connecting elements in this way it is possible to suppress the increase in internal stress and the occurrence of Suppress cracks. Therefore, the piezoelectric actuator is superior in durability.
Es wird angemerkt, daß das Ausmaß der Verschiebung unter Verwendung eines Laser-Verschiebungsmessers, eines nach dem elektrostatischen Kapazitätsprinzip arbeitenden Verschiebungsmesser usw. gemessen werden kann.It is noted that the extent of the shift using a laser displacement meter, one after the principle of electrostatic capacity working displacement meter, etc. can be measured.
Ein vierter Aspekt der Erfindung
schafft einen piezoelektrischen Aktuator mit einem piezoelektrischen Einheitselement,
das aus zumindest zwei piezoelektrischen Elementeinheiten besteht,
von denen jede aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren
Elektrodenschichten besteht, die abwechselnd gestapelt und an Bondoberflächen an
den äußersten
Seiten in der Stapelrichtung gebondet sind, um gebondete Teile zu
bilden, dadurch gekennzeichnet, daß
jede piezoelektrische
Elementeinheit aus einem Stapel von nicht mehr als 50 piezoelektrischen
Keramikschichten besteht,
äußerste Enden
in der Stapelrichtung des piezoelektrischen Einheitselements Verbindungselemente
mit einem Elastizitätsmodul
größer als
der der piezoelektrischen Elementeinheiten aufweisen, und
das
piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente zwischen
sich mit Blindeinheiten versehen sind, die einen Elastizitätsmodul
kleiner als der der Verbindungselemente haben.A fourth aspect of the invention provides a piezoelectric actuator having a unit piezoelectric element composed of at least two unit piezoelectric elements, each of which is composed of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers which are alternately stacked and bonded to bonding surfaces on the outermost sides in the stacking direction to form bonded parts, characterized in that
each piezoelectric element unit consists of a stack of no more than 50 piezoelectric ceramic layers,
outermost ends in the stacking direction of the piezoelectric element element have connection elements with a modulus of elasticity greater than that of the piezoelectric element units, and
the piezoelectric unit element and the connecting elements between them are provided with dummy units which have a modulus of elasticity smaller than that of the connecting elements.
Der piezoelektrische Aktuator des vierten Aspekts der Erfindung weist auf dieselbe Art und Weise wie der dritte Aspekt der Erfindung Verbindungselemente mit einem Elastizitätsmodul größer als der der piezoelektrischen Elementeinheiten auf.The piezoelectric actuator of the fourth aspect of the invention points in the same way as the third aspect of the invention connecting elements with a modulus of elasticity larger than that of the piezoelectric element units.
Daher ist es auf dieselbe Art und Weise wie bei dem dritten Aspekt der Erfindung möglich, den Verlust zu reduzieren, wenn eine Verschiebung des piezoelektrischen Aktuators auf externe Metallelemente usw. übertragen wird.Therefore, it is the same way and Way as possible in the third aspect of the invention to reduce the loss, when a displacement of the piezoelectric actuator to external Transfer metal elements, etc. becomes.
Ferner sind das piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente zwischen sich mit Dummy- bzw. Blindeinheiten mit einem Elastizitätsmodul kleiner als der der Verbindungselemente versehen.They are also piezoelectric Unit element and the connecting elements between themselves with dummy or blind units with a modulus of elasticity smaller than that of Provide fasteners.
Daher ist es möglich, die Zunahme einer inneren Belastung zur Zeit des Anlegens von Spannung zu unterdrücken, und das Auftreten von Rissen zu unterdrücken.Therefore, it is possible to increase the inner Suppress stress at the time of application of voltage, and to suppress the occurrence of cracks.
Das heißt, wie vorstehend erklärt wurde, wenn Spannung an den piezoelektrischen Aktuator angelegt wird, expandiert das piezoelektrische Einheitselement in der Stapelrichtung bzw. dehnt sich aus und kontrahiert in der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung bzw. zieht sich zusammen. Zu dieser Zeit würde dann, wenn der Elastizitätsmodul der Verbindungselemente größer wäre als der Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Einheitselements, die Expansion und die Kontraktion des piezoelektrischen Einheitselements gehemmt, so daß im Ergebnis die innere Belastung zunehmen würde und die Gefahr bestünde, daß Risse auftreten.That is, as explained above when voltage is applied to the piezoelectric actuator, it expands the piezoelectric unit element in the stacking direction or expands and contracts in the direction perpendicular to that Stack direction or contracts. At that time, if the modulus of elasticity the connecting elements would be larger than that modulus of elasticity of the piezoelectric unit element, the expansion and the contraction of the piezoelectric unit element inhibited, so that as a result the internal burden would increase and there is a danger that cracks occur.
Durch Zwischenlegen von Blindeinheiten mit einem Elastizitätsmodul kleiner als der der Verbindungselemente zwischen die Verbindungselemente und das piezoelektrische Einheitselement auf diese Art und Weise ist es möglich, die Zunahme einer inneren Belastung zu unterdrücken, und das Auftreten von Rissen zu unterdrücken. Daher wird der piezoelektrische Aktuator hinsichtlich der Dauerhaftigkeit überlegen.By inserting blind units with a modulus of elasticity smaller than that of the connecting elements between the connecting elements and the piezoelectric unit element in this way Is it possible, suppress the increase in internal stress, and the occurrence of Suppress cracks. Therefore, the piezoelectric actuator is superior in durability.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung
schafft einen piezoelektrischen Aktuator mit einem piezoelektrischen Einheitselement,
das aus zumindest zwei piezoelektrischen Elementeinheiten besteht,
von denen jede aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren
Elektrodenschichten besteht, die abwechselnd gestapelt sind, gebondet
an Bondoberflächen
an den äußersten
Seiten in der Stapelrichtung, um gebondete Teile zu bilden, dadurch
gekennzeichnet, daß
jede
piezoelektrische Elementeinheit aus einem Stapel von zumindest sechs
piezoelektrischen Keramikschichten besteht, und
gebondete Keramikschichten,
die zwischen zwei aneinandergrenzenden inneren Elektrodenschichten
liegen, die jeden gebondeten Teil zwischen sich einschließen, inaktiv
sind.A fifth aspect of the invention provides a piezoelectric actuator having a piezoelectric unit element composed of at least two piezoelectric element units, each of which is composed of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers which are alternately stacked, bonded to bonding surfaces on the outermost sides in the stacking direction to form bonded parts, characterized in that
each piezoelectric element unit consists of a stack of at least six piezoelectric ceramic layers, and
bonded ceramic layers that lie between two adjacent inner electrode layers that enclose each bonded part between them are inactive.
Bei dem piezoelektrischen Aktuator des fünften Aspekts der Erfindung sind auf dieselbe Art und Weise wie bei dem dritten Aspekt der Erfindung die gebondeten Keramikschichten, die zwischen zwei aneinandergrenzenden Elektrodenschichten liegen, die jeden gebondeten Teil zwischen sich einschließen, inaktiv.With the piezoelectric actuator the fifth Aspects of the invention are in the same manner as in the third aspect of the invention is the bonded ceramic layers that lie between two adjacent electrode layers that enclose each bonded part between them, inactive.
Daher werden sich dann, wenn Spannung angelegt wird, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem ersten Aspekt der Erfindung, auch dann, wenn sich die piezoelektrischen Elementeinheiten in dem piezoelektrischen Einheitselement stark verformen, die gebondeten Keramikschichten, die selbst an den gebondeten Teilen ausgebildet sind, nicht positiv verformen, und werden ihre Ausmaße der Verformung klein sein. Aufgrund dessen ist es möglich, zu verhindern, daß eine lokale Beschädigung an den Bondoberflächen auftritt, an denen die piezoelektrischen Elementeinheiten gebondet sind, wenn der piezoelektrische Aktuator hergestellt wird.Therefore, when there is tension is created in the same way as in the first aspect of the invention, even if the piezoelectric element units strongly deform the bonded in the piezoelectric unit element Ceramic layers that are formed even on the bonded parts are, do not deform positively, and become their extent of deformation be small. Because of this, it is possible to prevent a local damage on the bond surfaces occurs on which the piezoelectric element units are bonded are when the piezoelectric actuator is manufactured.
Ferner besteht in dem fünften Aspekt der Erfindung jede piezoelektrische Elementeinheit aus zumindest sechs piezoelektrischen Keramikschichten. Falls die Anzahl gestapelter Schichten jeder piezoelektrischen Elementeinheit sechs oder größer ist, wird das Ausmaß der Verschiebung der gebondeten Keramikschichten groß werden, und wird leicht eine lokale Beschädigung an den Bondoberflächen auftreten. In dem fünften Aspekt der Erfindung sind jedoch, wie vorstehend erklärt wurde, die gebondeten Keramikschichten inaktiv, so daß es möglich ist, das Auftreten einer Beschädigung an den Bondoberflächen zu unterdrücken. Das heißt, daß dann, wenn sechs oder mehr piezoelektrische Keramikschichten wie in dem fünften Aspekt der Erfindung vorhanden sind, der Effekt der Unterdrückung des Auftretens einer Beschädigung, der durch inaktiv machen der gebondeten Keramikschichten erhalten wird, stärker bemerkenswert erhalten werden kann.There is also the fifth aspect of the invention each piezoelectric element unit from at least six piezoelectric ceramic layers. If the number of stacked Layers of each piezoelectric element unit is six or larger, will the extent of Displacement of the bonded ceramic layers become large, and easily becomes one local damage on the bond surfaces occur. In the fifth Aspects of the invention, however, as explained above, the bonded ceramic layers become inactive so that it is possible for an occurrence to occur damage on the bond surfaces to suppress. This means, that then if six or more piezoelectric ceramic layers like that fifth Aspect of the invention are present, the effect of suppressing the Occurrence of damage, which is obtained by rendering the bonded ceramic layers inactive is becoming stronger can be obtained remarkably.
Die übrigen Effekte sind ähnlich zu denjenigen des ersten Aspekts der Erfindung.The other effects are similar to those of the first aspect of the invention.
Ein sechster Aspekt der Erfindung
schafft einen piezoelektrischen Aktuator mit einem piezoelektrischen
Einheitselement, das aus zumindest zwei piezoelektrischen Elementeinheiten
besteht, von denen jede aus piezoelektrischen Keramikschichten und
inneren Elektrodenschichten besteht, die abwechselnd gestapelt und
an Bondoberflächen
an den äußersten
Seiten in der Stapelrichtung gebondet sind, um gebondete Teile zu bilden,
dadurch gekennzeichnet, daß
jede
piezoelektrische Elementeinheit aus einem Stapel von zumindest sechs
piezoelektrischen Keramikschichten besteht, und
an jeder piezoelektrischen
Elementeinheit ein Parallelitätswert
von einer Bondoberfläche
zu einer anderen Bondoberfläche
aus den Bondoberflächen
an den beiden Enden der piezoelektrischen Elementeinheit nicht höher als
0,1 mm ist.A sixth aspect of the invention provides a piezoelectric actuator having a piezoelectric unit element composed of at least two piezoelectric element units, each of which consists of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers alternately stacked and bonded to bonding surfaces on the outermost sides in the stacking direction to form bonded parts, characterized in that
each piezoelectric element unit consists of a stack of at least six piezoelectric ceramic layers, and
at each piezoelectric element unit, a parallelism value from one bond surface to another bond surface from the bond surfaces at both ends of the piezoelectric element unit is not higher than 0.1 mm.
Bei dem piezoelektrischen Aktuator des sechsten Aspekts der Erfindung ist, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem zweiten Aspekt der Erfindung, der Parallelitätswert einer Bondoberfläche zu einer anderen Bondoberfläche aus den Bondoberflächen an den beiden Enden jeder piezoelektrischen Elementeinheit nicht höher als 0,1 mm.With the piezoelectric actuator of the sixth aspect of the invention is in the same way as in the second aspect of the invention, the parallelism value is one bonding surface to another bond surface from the bond surfaces at both ends of each piezoelectric element unit not higher than 0.1 mm.
Daher ist es, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem zweiten Aspekt der Erfindung, möglich, das Auftreten einer lokalen Belastung an den Bondoberflächen der piezoelektrischen Elementeinheiten zu verhindern. Aufgrund dessen ist es möglich, eine Beschädigung an den gebondeten Teilen zu verhindern und die Dauerhaftigkeit des piezoelektrischen Aktuators zu verbessern.Therefore, it is in the same way and Way as in the second aspect of the invention, possible Occurrence of local stress on the bond surfaces of the to prevent piezoelectric element units. Because of that Is it possible, damage to prevent the bonded parts and the durability of the improve piezoelectric actuator.
In dem sechsten Aspekt der Erfindung besteht jede piezoelektrische Elementeinheit aus zumindest sechs piezoelektrischen Keramikschichten. Falls die Anzahl gestapelter Schichten jeder piezoelektrischen Elementeinheit sechs oder größer ist, wird das Ausmaß der Deformation bzw. Verformung der gebondeten Keramikschichten groß und wird leicht eine lokale Beschädigung an den gebondeten Oberflächen auftreten. In dem sechsten Aspekt der Erfindung jedoch ist, wie vorstehend erklärt wurde, der Parallelitätswert einer Bondoberfläche zu einer anderen Bondoberfläche aus den Bondoberflächen an den beiden Enden jeder piezoelektrischen Elementeinheit nicht höher als 0,1 mm, so daß es möglich ist, das Auftreten einer Beschädigung an den Bondoberflächen zu unterdrücken. Das heißt, daß dann, wenn sechs oder mehr piezoelektrische Keramikschichten wie in dem sechsten Aspekt der Erfindung vorhanden sind, der Effekt der Unterdrückung des Auftretens einer Beschädigung, der durch nicht höher machen des Parallelitätswerts der Bondoberflächen als 0,1 mm erhalten wird, stärker bemerkenswert erhalten werden kann.In the sixth aspect of the invention each piezoelectric element unit consists of at least six piezoelectric ceramic layers. If the number of stacked Layers of each piezoelectric element unit is six or larger, will the extent of Deformation of the bonded ceramic layers becomes large and easily a local damage on the bonded surfaces occur. In the sixth aspect of the invention, however, is how explained above was the parallelism value a bond surface to another bond surface from the bond surfaces not at the two ends of each piezoelectric element unit higher than 0.1 mm so that it possible is the occurrence of damage on the bond surfaces to suppress. This means, that then if six or more piezoelectric ceramic layers like that sixth aspect of the invention, the effect of suppressing the Occurrence of damage, that by not higher making the parallelism value of the bond surfaces than 0.1 mm is obtained, stronger can be obtained remarkably.
Der übrigen Effekte sind ähnlich zu denjenigen des zweiten Aspekts der Erfindung.The other effects are similar to those of the second aspect of the invention.
Ein siebter Aspekt der Erfindung
schafft einen piezoelektrischen Aktuator mit einem piezoelektrischen Einheitselement,
das aus zumindest zwei piezoelektrischen Elementeinheiten besteht,
von denen jede aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren
Elektrodenschichten besteht, die abwechselnd gestapelt und an Bondoberflächen an
den äußersten
Seiten in der Stapelrichtung gebondet sind, um gebondete Teile zu
bilden, dadurch gekennzeichnet, daß
jede piezoelektrische
Elementeinheit aus einem Stapel von zumindest sechs piezoelektrischen
Keramikschichten besteht,
äußerste Enden
in der Stapelrichtung des piezoelektrischen Einheitselements Verbindungselemente
mit einem Elastizitätsmodul
größer als
der der piezoelektrischen Elementeinheiten aufweisen, und
das
piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente zwischen
sich mit Puffereinheiten versehen sind, die aus piezoelektrischen
Keramikschichten und inneren Elektrodenschichten bestehen, die abwechselnd
gestapelt sind, um die innere Belastung des piezoelektrischen Einheitselements
abzupuffern.A seventh aspect of the invention provides a piezoelectric actuator having a piezoelectric unit element composed of at least two piezoelectric element units, each of which is composed of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers alternately stacked and bonded to bonding surfaces on the outermost sides in the stacking direction to form bonded parts, characterized in that
each piezoelectric element unit consists of a stack of at least six piezoelectric ceramic layers,
outermost ends in the stacking direction of the piezoelectric element element have connection elements with a modulus of elasticity greater than that of the piezoelectric element units, and
the piezoelectric unit element and the connection elements between them are provided with buffer units consisting of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers which are alternately stacked to buffer the internal load of the piezoelectric unit element.
Der piezoelektrische Aktuator des siebten Aspekts der Erfindung weist, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem dritten Aspekt der Erfindung, Anschluß- bzw. Verbindungselemente mit einem Elastizitätsmodul größer als der der piezoelektrischen Elementeinheiten auf.The piezoelectric actuator of the seventh aspect of the invention points in the same way as in the third aspect of the invention, connection or Connecting elements with a modulus of elasticity greater than that of the piezoelectric Element units.
Daher ist es, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem dritten Aspekt der Erfindung, möglich, den Verlust zu reduzieren, wenn eine Verschiebung des piezoelektrischen Aktuators auf externe Metallelemente usw. übertragen wird.Therefore, it is in the same way and Way as in the third aspect of the invention, possible Reduce loss when a shift of the piezoelectric Actuator is transferred to external metal elements, etc.
Ferner sind, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem dritten Aspekt der Erfindung, das piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente zwischen sich mit Puffereinheiten versehen, die aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren Elektrodenschichten bestehen, die abwechselnd gestapelt sind, um die innere Belastung des piezoelektrischen Einheitselements abzupuffern.Furthermore, in the same way and Way as in the third aspect of the invention, the piezoelectric unit element and provide the connecting elements between them with buffer units, that of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers consist of, which are alternately stacked to the internal load buffer the piezoelectric unit element.
Daher ist es, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem dritten Aspekt der Erfindung, möglich, das Auftreten von Rissen im Inneren des piezoelektrischen Aktuators zu verhindern.Therefore, it is in the same way and Way as in the third aspect of the invention, possible that Occurrence of cracks inside the piezoelectric actuator to prevent.
In dem siebten Aspekt der Erfindung besteht jede piezoelektrische Elementeinheit aus zumindest sechs piezoelektrischen Keramikschichten. Falls die Anzahl gestapelter Schichten jeder piezoelektrischen Elementeinheit sechs oder mehr ist, wird das Ausmaß der Verschiebung der Keramikschichten an den äußersten Seiten jeder piezoelektrischen Elementeinheit in der Stapelrichtung, das heißt der äußersten Keramikschichten, groß werden. Daher würde dann, wenn das piezoelektrische Einheitselement mit zum Beispiel einem anderen Element, wie beispielsweise einem Verbindungselement, gebondet würde, die Gefahr bestehen, daß eine lokale Beschädigung an den Bondoberflächen auftritt. In dem siebten Aspekt der Erfindung sind jedoch, wie vorstehend erklärt wurde, die Puffereinheiten zwischengelegt, so daß es möglich ist, das Auftreten einer Beschädigung an den Bondoberflächen zu unterdrücken und die Dauerhaftigkeit des piezoelektrischen Aktuators zu verbessern.In the seventh aspect of the invention each piezoelectric element unit consists of at least six piezoelectric ceramic layers. If the number of stacked Layers of each piezoelectric element unit six or more is the extent of Displacement of the ceramic layers on the outermost sides of each piezoelectric Element unit in the stacking direction, that is, the outermost ceramic layers, become large. Therefore then when the piezoelectric unit element with for example another element, such as a connecting element, would be bonded there is a risk that a local damage on the bond surfaces occurs. However, in the seventh aspect of the invention are as above explained has been interposed, so that it is possible to indicate the occurrence of damage the bond surfaces to suppress and to improve the durability of the piezoelectric actuator.
Die übrigen Effekte sind ähnlich zu denjenigen des dritten Aspekts der Erfindung.The other effects are similar to those of the third aspect of the invention.
Ein achter Aspekt der Erfindung schafft
einen piezoelektrischen Aktuator mit einem piezoelektrischen Einheitselement,
das aus zumindest zwei piezoelektrischen Elementeinheiten besteht,
von denen jede aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren
Elektrodenschichten besteht, die abwechselnd gestapelt und an Bondoberflächen an
den äußersten
Seiten in der Stapelrichtung gebondet sind, um gebondete Teile zu
bilden, dadurch gekennzeichnet, daß
jede piezoelektrische
Elementeinheit aus einem Stapel von zumindest sechs piezoelektrischen
Keramikschichten besteht,
äußerste Enden
in der Stapelrichtung des piezoelektrischen Einheitselements Verbindungselemente
mit einem Elastizitätsmodul
größer als
der der piezoelektrischen Elementeinheiten aufweisen, und
das
piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente zwischen
sich mit Blindeinheiten versehen sind, die einen Elastizitätsmodul
größer als
der der Verbindungselemente haben.An eighth aspect of the invention provides a piezoelectric actuator having a piezoelectric unit element composed of at least two piezoelectric element units, each composed of piezoelectric ceramic layers and inner electrode layers alternately stacked and bonded to bonding surfaces on the outermost sides in the stacking direction to form bonded parts, characterized in that
each piezoelectric element unit consists of a stack of at least six piezoelectric ceramic layers,
outermost ends in the stacking direction of the piezoelectric element element have connection elements with a modulus of elasticity greater than that of the piezoelectric element units, and
the piezoelectric unit element and the connecting elements between them are provided with dummy units which have a modulus of elasticity greater than that of the connecting elements.
Der piezoelektrische Aktuator des achten Aspekts der Erfindung weist, auf dieselbe Art und Weise wie der des vierten Aspekts der Erfindung, Verbindungselemente mit einem Elastizitätsmodul größer als die piezoelektrischen Elementeinheiten auf.The piezoelectric actuator of the eighth aspect of the invention, in the same manner as that of the fourth aspect of the invention, connecting elements with a modulus of elasticity larger than the piezoelectric element units.
Daher ist es, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem vierten Aspekt der Erfindung, möglich, den Verlust zu reduzieren, wenn eine Verschiebung des piezoelektrischen Aktuators auf externe Metallelemente usw. übertragen wird.Therefore, it is in the same way and Way as in the fourth aspect of the invention, possible Reduce loss when a shift of the piezoelectric Actuator is transferred to external metal elements, etc.
Ferner sind, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem vierten Aspekt der Erfindung, das piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente zwischen sich mit Blindeinheiten mit einem Elastizitätsmodul kleiner als die Verbindungselemente versehen.Furthermore, in the same way and Way as in the fourth aspect of the invention, the piezoelectric Unit element and the connecting elements between them with dummy units with a modulus of elasticity provided smaller than the connecting elements.
Daher ist es, auf dieselbe Art und Weise wie bei dem vierten Aspekt der Erfindung, möglich, die Zunahme einer inneren Belastung zur Zeit des Anlegens von Spannung zu unterdrücken, und möglich, das Auftreten von Rissen zu unterdrücken.Therefore, it is in the same way and Way as in the fourth aspect of the invention, possible Increase in internal stress at the time voltage is applied to suppress, and possible to suppress the occurrence of cracks.
In dem achten Aspekt der Erfindung besteht jede piezoelektrische Elementeinheit aus zumindest sechs piezoelektrischen Keramikschichten. Falls die Anzahl gestapelter Schichten jeder piezoelektrischen Elementeinheit sechs oder größer ist, wird das Ausmaß der Verschiebung der Keramikschichten an den äußersten Seiten jeder piezoelektrischen Elementeinheit in der Stapelrichtung, das heißt, der äußersten Keramikschichten, groß werden. Daher würde dann, wenn das piezoelektrische Einheitselement mit zum Beispiel einem anderen Element, wie beispielsweise einem Verbindungselement, gebondet wird, die Gefahr bestehen, daß eine lokale Beschädigung an den Bondoberflächen auftritt. In dem achten Aspekt der Erfindung sind jedoch, wie vorstehend erklärt wurde, die Blindeinheiten zwischengelegt, so daß es möglich ist, das Auftreten einer Beschädigung an den Bondoberflächen zu unterdrücken und die Dauerhaftigkeit des piezoelektrischen Aktuators zu verbessern.In the eighth aspect of the invention each piezoelectric element unit consists of at least six piezoelectric ceramic layers. If the number of stacked Layers of each piezoelectric element unit is six or larger, will the extent of Displacement of the ceramic layers on the outermost sides of each piezoelectric Element unit in the stacking direction, that is, the outermost ceramic layers, become large. Therefore then when the piezoelectric unit element with for example another element, such as a connecting element, is bonded, there is a risk of local damage the bond surfaces occurs. However, in the eighth aspect of the invention are as above explained has been interposed, so that it is possible to prevent the occurrence of a damage on the bond surfaces to suppress and to improve the durability of the piezoelectric actuator.
Die übrigen Effekte sind ähnlich zu denjenigen des vierten Aspekts der Erfindung.The other effects are similar to those of the fourth aspect of the invention.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:The invention is set out below Reference to the drawing in more detail described. Show it:
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele derselben näher beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.The invention is by reference to the preferred embodiments closer to it described. However, it is noted that the invention does not apply to this embodiments limited is.
In den vorstehenden ersten bis vierten Aspekten der Erfindung bestand jede piezoelektrische Elementeinheit aus nicht mehr als 50 zusammengestapelten piezoelektrischen Keramikschichten.In the above first to fourth Aspects of the invention existed in any piezoelectric element unit from no more than 50 stacked piezoelectric ceramic layers.
Hier sind die Ergebnisse des Auffindens
der Beziehung zwischen der Anzahl gestapelter Schichten der piezoelektrischen
Keramikschichten und der im Inneren einer piezoelektrischen Elementeinheit
durch Simulation in
Die Simulation wurde durch eine piezoelektrische Analyse unter Verwendung des Verfahrens der finiten Elemente durchgeführt.The simulation was done by a piezoelectric Analysis performed using the finite element method.
Wie in
Ferner bestand in den fünften bis achten Aspekten der Erfindung jede piezoelektrische Elementeinheit aus zumindest sechs zusammengestapelten piezoelektrischen Keramikschichten.Furthermore, in the fifth to eighth aspects of the invention each piezoelectric element unit at least six stacked piezoelectric ceramic layers.
Falls die Anzahl gestapelter Schichten der piezoelektrischen Keramikschichten kleiner als sechs ist, wird das Ausmaß der Deformation bzw. Verformung pro piezoelektrischer Elementeinheit kleiner. Daher wäre es, um einen eine ausreichende Verschiebung erzeugenden piezoelektrischen Aktuator zu erhalten, notwendig, eine größere Anzahl von piezoelektrischen Elementeinheiten zu bonden. Dies würde nicht nur dazu führen, daß die Gesamtlänge nach dem Bonden zunimmt, sondern würde auch darin resultieren, daß die Dicke in der Stapelrichtung pro piezoelektrischer Elementeinheit kleiner wird, die Handhabung schwieriger würde, der Produktionsprozeß mühsamer würde, und auch die Produktionskosten ansteigen würden.If the number of layers stacked of the piezoelectric ceramic layers is less than six the extent of Deformation or deformation per piezoelectric element unit smaller. So it would be around a sufficient displacement generating piezoelectric To get the actuator, necessary a larger number of piezoelectric To bond element units. This would not only cause the overall length to decrease the bonding increases, but would also result in the fact that Thickness in the stacking direction per piezoelectric element unit becomes smaller, handling becomes more difficult, the production process becomes more laborious, and production costs would also increase.
Als Nächstes können die piezoelektrischen Elementeinheiten mittels einem Kleber gebondet werden. Als ein solcher Binder können zum Beispiel ein Silikon-basierter, ein Epoxy-basierter, ein Urethan-basierter, ein Polyimid-basierter, oder ein anderer Kleber verwendet werden.Next, the piezoelectric Element units are bonded using an adhesive. As such Binder can for example a silicone-based, an epoxy-based, a urethane-based, a Polyimide-based, or another adhesive can be used.
Ferner wird es in dem ersten Aspekt und in dem fünften Aspekt der Erfindung bevorzugt, daß die beiden aneinandergrenzenden inneren Elektrodenschichten, die einen gebondeten Teil zwischen sich einschließen, mit externen Elektroden unterschiedlicher Potentiale verbunden werden, und daß die elektrische Feldstärke (Feldintensität) von gebondeten Keramikschichten nicht größer ist als das koerzitive elektrische Feld der piezoelektrischen Elementeinheiten.Furthermore, it is in the first aspect and in the fifth Aspect of the invention preferred that the two be contiguous inner electrode layers that have a bonded portion between them to lock myself in, be connected to external electrodes of different potentials and that the electric field strength (Field intensity) of bonded ceramic layers is not larger than the coercive electric field of the piezoelectric element units.
In diesem Fall können die gebondeten Keramikschichten im wesentlichen inaktiv gemacht werden.In this case, the bonded ceramic layers can be made essentially inactive.
Hier sind die Ergebnisse des Auffindens
der Beziehung zwischen der elektrischen Feldstärke gebondeter Keramikschichten
in Bezug auf das koerzitive elektrische Feld der piezoelektrischen
Elementeinheiten und der piezoelektrischen Konstanten der gebondeten
Keramikschichten durch Versuche in
In der Figur zeigt die Abszisse die elektrische Feldstärke der gebondeten Keramikschichten in Bezug auf das koerzitive elektrische Feld des piezoelektrischen Einheitselements [(elektrische Feldstärke gebondeter Keramikschichten)/(koerzitives elektrisches Feld des piezoelektrischen Einheitselements)], während die Ordinate die piezoelektrische Konstante der gebondeten Keramikschichten zeigt.In the figure, the abscissa shows the electric field strength of the bonded ceramic layers in relation to the coercive electrical Field of the piezoelectric unit element [(electrical field strength of bonded ceramic layers) / (coercive electric field of the piezoelectric unit element)], while the Ordinate the piezoelectric constant of the bonded ceramic layers shows.
Wie aus
Ferner beträgt die elektrische Feldstärke der gebondeten Keramikschichten stärker bevorzugt nicht mehr als das 0,8-fache des koerzitiven elektrischen Felds des piezoelektrischen Einheitselements.Furthermore, the electric field strength is bonded ceramic layers stronger preferably not more than 0.8 times the coercive electrical Field of the piezoelectric unit element.
In diesem Fall wird, wie aus
Als Nächstes wird das koerzitive elektrische Feld erklärt.Next up is the coercive electrical field explained.
Ferner wird beginnend an dem Punkt A zunächst die elektrische Feldstärke an das piezoelektrische Einheitselement in derselben Richtung wie der Polarisationsrichtung angelegt und in ihrem Wert langsam angehoben. Zusammen mit diesem nimmt das Ausmaß der Verschiebung des piezoelektrischen Einheitselements zu. Es wird angemerkt, daß das Ausmaß der Verschiebung durch Messen der Verschiebung in der Stapelrichtung bei Anlegen einer konstanten Spannung und Verwenden der Verschiebung pro Einheitslänge in der Stapelrichtung zu dieser Zeit als das Ausmaß der Verschiebung ermittelt werden kann. Dieses Ausmaß der Verschiebung kann unter Verwendung eines Laser-Verschiebungsmessers, eines nach dem elektrostatischen Kapazitätsprinzip arbeitenden Verschiebungsmessers usw. gemessen werden.Furthermore, starting at the point A first the electric field strength to the piezoelectric unit element in the same direction as polarization direction and slowly increased in value. Along with this, the amount of displacement of the piezoelectric increases Unit elements too. It is noted that the amount of shift by measurement the shift in the stack direction when creating a constant Tension and use the shift per unit length in the stacking direction at that time as the extent of Displacement can be determined. This amount of shift can be under Use of a laser displacement meter, one based on the electrostatic capacitance principle working displacement meter, etc. can be measured.
Als Nächstes wird, nachdem die elektrische Feldstärke den Punkt B erreicht, die elektrische Feldstärke langsam verringert. Dieses Mal fällt das Ausmaß der Verschiebung zusammen mit dem Abfall in der elektrische Feldstärke ab. Auch nachdem die elektrische Feldstärke 0 wird, wird die elektrische Feld stärke in der zu der Polarisationsrichtung entgegengesetzten Richtung langsam reduziert. Zusammen hiermit fällt das Ausmaß der Verschiebung weiter ab. Ferner beginnt dann, wenn die elektrische Feldstärke den Punkt C erreicht, das Ausmaß der Verschiebung plötzlich zuzunehmen. Der Absolutwert der elektrischen Feldstärke an diesem Punkt ist das koerzitive elektrische Feld in der vorliegenden Erfindung.Next, after the electric field strength reaches point B, the electric field strength is slowly decreased. This time, the amount of the shift drops along with the drop in the electric field strength. Even after the electric field strength becomes 0, the electric field strength is slowly reduced in the direction opposite to the polarization direction. This coincides with the extent of Shift further down. Further, when the electric field strength reaches the point C, the amount of the shift suddenly increases. The absolute value of the electric field strength at this point is the coercive electric field in the present invention.
Als Nächstes wird danach dann, wenn die elektrische Feldstärke den Punkt D erreicht, die elektrische Feldstärke erneut erhöht. Zusammen mit diesem fällt dieses Mal das Ausmaß der Verschiebung ab. Ferner beginnt dann, wenn die elektrische Feldstärke 0 wird und die elektrische Feldstärke in der Polarisationsrichtung weiter angehoben wird, das Ausmaß der Verschiebung plötzlich zuzunehmen. Da zwischen dem Punkt D und dem Punkt C verschiedene Fälle vorliegen, wird erfindungsgemäß das koerzitive elektrische Feld dann, wenn Spannung in der zu der Polarisationsrichtung entgegengesetzten Richtung angelegt wird, zu Ec gemacht.Next, if the electric field strength reached point D, the electric field strength increased again. Together with this falls this time the extent of Shift from. It also begins when the electric field strength becomes 0 and the electric field strength is further increased in the direction of polarization, the amount of shift suddenly increase. Because between point D and point C different Cases exist according to the invention, the coercive electric field when voltage in the direction of polarization opposite direction is made to Ec.
Es wird angemerkt, daß wie in
Wenn die elektrische Feldstärke der gebondeten Keramikschichten größer ist als das koerzitive elektrische Feld des piezoelektrischen Einheitselements, besteht die Gefahr; daß die gebondeten Keramikschichten sich verschieben und die Bondoberflächen zur Zeit des Anlegens von Spannung beschädigen.If the electric field strength of the bonded ceramic layers is larger as the coercive electric field of the piezoelectric unit element, there is a risk; that the bonded ceramic layers shift and the bond surfaces to Damage time of voltage application.
Als Nächstes werden bevorzugt zwei aneinandergrenzende innere Elektrodenschichten, die einen gebondeten Teil zwischen sich einschließen, mit externen Elektroden unterschiedlicher Potentiale verbunden, ist eine elektrische Feldstärke gebondeter Keramikschichten größer als ein koerzitives elektrisches Feld der piezoelektrischen Elementeinheiten, und weist ein gebondeter Teil eine Harzisolationsschicht auf.Next, two are preferred contiguous inner electrode layers that bond one Include part between them connected to external electrodes of different potentials, is an electric field strength bonded ceramic layers larger than a coercive electric field of the piezoelectric element units, and a bonded part has a resin insulation layer.
In diesem Fall ermöglicht es die Harzisolationsschicht, die tatsächliche elektrische Feldstärke, die an die gebondeten Keramikschichten angelegt wird, kleiner als das koerzitive elektrische Feld zu machen. Daher ist es leicht möglich, die gebondeten Keramikschichten inaktiv zu machen.In this case it allows the resin insulation layer, the actual electric field strength, the is applied to the bonded ceramic layers, smaller than that to make coercive electric field. Therefore, it is easily possible to make bonded ceramic layers inactive.
Die Harzisolationsschicht kann, wie vorstehend erklärt wurde, durch Bonden der piezoelektrischen Elementeinheiten mittels zum Beispiel einem Silikon-basierten, einem Epoxy-basierten, einem Urethan-basierten, einem Polyimid-basierten, oder einem anderen Kleber erzeugt werden.The resin insulation layer can be, like explained above by bonding the piezoelectric element units by means of for example a silicone-based, an epoxy-based, a Urethane-based, a polyimide-based, or another Glue are generated.
Als Nächstes werden bevorzugt zwei aneinandergrenzende innere Elektrodenschichten, die einen gebondeten Teil zwischen sich einschließen, mit externen Elektroden von im wesentlichen gleichem Potential verbunden.Next, two are preferred contiguous inner electrode layers that bond one Include part between them connected to external electrodes of substantially the same potential.
In diesem Fall ist es auch dann, wenn die gebondeten Keramikschichten beschädigt sind, möglich, Kurzschlüsse an den gebondeten Teilen zu verhindern. Ferner ist es in diesem Fall leicht möglich, die gebondeten Keramikschichten in ihrem Zustand inaktiv zu machen.In this case, too, if the bonded ceramic layers are damaged, possible short circuits on the to prevent bonded parts. Furthermore, it is easy in this case possible, to make the bonded ceramic layers inactive in their state.
Ferner sind bevorzugt an einem gebondeten Teil Bondoberflächen der piezoelektrischen Elementeinheiten teilweise in direktem Kontakt, und weist der gebondete Teil eine Harzschicht auf.Also preferred are bonded to one Part of bond surfaces the piezoelectric element units partly in direct contact, and the bonded part has a resin layer.
In diesem Fall ist es möglich, den Verlust an Verschiebung und erzeugter Kraft an dem gebondeten Teil zu reduzieren. Die Harzisolationsschicht kann durch Bonden der piezoelektrischen Elementeinheiten mittels zum Beispiel einem Silikon-basierten, einem Epoxy-basierten, einem Urethan-basierten, einem Polyimid-basierten, oder einem anderen Kleber erzeugt werden.In this case it is possible to Loss of displacement and force generated on the bonded part to reduce. The resin insulation layer can be made by bonding the piezoelectric Element units using, for example, a silicone-based one Epoxy-based, a urethane-based, a polyimide-based, or another adhesive.
Als Nächstes ist in dem sechsten Aspekt der Erfindung und dem sechsten Aspekt der Erfindung ein Parallelitätswert einer Bondoberfläche zu einer anderen Bondoberfläche aus den Bondoberflächen an den beiden Enden der piezoelektrischen Elementeinheit nicht höher als 0,1 mm.Next is in the sixth Aspect of the invention and the sixth aspect of the invention a parallelism value bonding surface to another bond surface from the bond surfaces at both ends of the piezoelectric element unit not higher than 0.1 mm.
Hier ist die Beziehung zwischen dem
Parallelitätswert
von Bondoberflächen
und der nahe den Oberflächen
(gebondeter Teil) der piezoelektrischen Elementeinheit erzeugten
Belastung in
Wie in
Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird dann, wenn der Parallelitätswert der Bondoberflächen nicht höher als 0,1 mm ist, die in den Einheiten auftretende Belastung extrem klein. Daher ist es möglich, eine Beschädigung an den Bondoberflächen weiter zu verhindern.As can be seen from the figure becomes when the parallelism value of the bond surfaces not higher than 0.1 mm, the load occurring in the units is extremely small. Therefore it is possible damage on the bond surfaces prevent further.
Es wird angemerkt, daß der Parallelitätswert in Übereinstimmung mit dem in JIS-B0621-1984 definierten Verfahren gemessen werden kann.It is noted that the parallelism value is in agreement can be measured using the method defined in JIS-B0621-1984 can.
Ferner weisen die piezoelektrischen Aktuatoren des dritten Aspekts der Erfindung, des vierten Aspekts der Erfindung, des siebten Aspekts der Erfindung, und des achten Aspekts der Erfindung Anschluß- bzw. Verbindungselemente mit einem Young'schen Modul bzw. Elastizitätsmodul größer als der der piezoelektrischen Elementeinheiten auf, wie vorstehend beschrieben wurde.Furthermore, the piezoelectric Actuators of the third aspect of the invention, the fourth aspect of the Invention, the seventh aspect of the invention, and the eighth aspect the invention connection or connecting elements with a Young's module or elastic modulus larger than that of the piezoelectric element units as described above has been.
Als solche Verbindungselemente gibt es zum Beispiel solche, die aus Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Aluminiumnitrid, Bornitrid usw. hergestellt sind.As such fasteners exist for example those made of aluminum oxide, silicon carbide, aluminum nitride, Boron nitride, etc. are made.
Der Elastizitätsmodul kann mittels dem in JIS-R1602-1995 definierten Verfahren gemessen werden. Wenn jedoch die angegebene Prüfprobenform nicht erhalten bzw. hergestellt werden kann, ist es möglich, unter Verwendung einer Probe, die durch Schneiden eines Verbindungselements und einer piezoelektri schen Elementeinheit auf dieselbe Form erhalten wurde, und Vergleichen derselben einen zu dem JIS-Standard ähnlichen Test durchzuführen.The modulus of elasticity can be measured using the method defined in JIS-R1602-1995. However, if the specified test specimen form cannot be obtained or manufactured, it is possible to un Using a sample obtained by cutting a connector and a piezoelectric element unit to the same shape and comparing them, to perform a test similar to the JIS standard.
Ferner sind bei den piezoelektrischen Aktuatoren des dritten Aspekts der Erfindung und des siebten Aspekts der Erfindung das piezoelektrische Einheitselement und Verbindungselemente zwischen sich mit Puffereinheiten versehen, die aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren Elektrodenschichten bestehen, die abwechselnd gestapelt sind, um die innere Belastung des piezoelektrischen Einheitselements abzupuffern.Furthermore, the piezoelectric Actuators of the third aspect of the invention and the seventh aspect the invention, the piezoelectric unit element and connecting elements between them with buffer units made of piezoelectric Ceramic layers and inner electrode layers are made up alternately are stacked to the internal stress of the piezoelectric unit element buffering.
Die piezoelektrischen Keramikschichten der Puffereinheiten können unter Verwendung von Materialien ähnlich denen der piezoelektrischen Keramikschichten in den piezoelektrischen Elementeinheiten hergestellt werden.The piezoelectric ceramic layers of the buffer units can using materials similar to those of piezoelectric Ceramic layers made in the piezoelectric element units become.
Jede Puffereinheit besteht aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren Elektrodenschichten, auf dieselbe Art und Weise wie die piezoelektrischen Elementeinheiten. Als ein bestimmtes Verfahren zum Abpuffern der inneren Belastung in dem piezoelektrischen Einheitselement ist es möglich, die Dikken der piezoelektrischen Keramikschichten in den Puffereinheiten größer als die der piezoelektrischen Keramikschichten in den piezoelektrischen Elementeinheiten zu machen. Ferner ist es möglich, piezoelektrische Materialien mit kleineren piezoelektrischen Konstanten als die der piezoelektrischen Elementeinheiten zu verwenden, um die Puffereinheiten herzustellen, oder die an die Puffereinheiten angelegte Spannung gegenüber der an die piezoelektrischen Elementeinheiten angelegten Spannung zu reduzieren.Each buffer unit consists of piezoelectric ones Ceramic layers and inner electrode layers, in the same way and way like the piezoelectric element units. As a certain Process for buffering the internal stress in the piezoelectric Unit element it is possible the thicknesses of the piezoelectric ceramic layers in the buffer units larger than that of the piezoelectric ceramic layers in the piezoelectric To make elemental units. It is also possible to use piezoelectric materials with smaller piezoelectric constants than that of the piezoelectric To use element units to make the buffer units or the voltage applied to the buffer units versus the voltage applied to the piezoelectric element units to reduce.
Ferner ist es möglich, die Puffereinheiten und das piezoelektrische Einheitselement mittels einem Harzbinder zu bonden. Die Zwing- bzw. Haltekraft eines Harzbinders ist kleiner, so daß auch in diesem Fall die Wirkung der Zwischenlegung der Puffereinheiten ausreichend erhalten werden kann.It is also possible to use the buffer units and the piezoelectric unit element by means of a resin binder to bond. The force of a resin binder is smaller, so that too in this case the effect of the interposition of the buffer units can be obtained sufficiently.
Als Nächstes beträgt der Elastizitätsmodul der Verbindungselemente zumindest das Zweifache des Elastizitätsmoduls der piezoelektrischen Elementeinheiten.Next is the modulus of elasticity of the connecting elements at least twice the elastic modulus of the piezoelectric element units.
Falls der Elastizitätsmodul der Verbindungselemente kleiner ist als das Zweifache des Elastizitätsmoduls der piezoelektrischen Elementeinheiten, könnte es dann, wenn die Verschiebung des piezoelektrischen Aktuators nach außen übertragen wird, unmöglich werden, den Verlust an Verschiebung und erzeugter Kraft zwischen dem piezoelektrischen Aktuator und dem außenliegenden Metallelement usw. ausreichend zu reduzieren.If the modulus of elasticity the connecting elements is less than twice the elastic modulus of the piezoelectric element units, it could be when the shift of the piezoelectric actuator is transmitted to the outside, become impossible the loss of displacement and generated force between the piezoelectric Actuator and the outside Reduce metal element etc. sufficiently.
Als Nächstes ist bevorzugt das Ausmaß der Verschiebung pro Einheitslänge einer Puffereinheit kleiner als das Ausmaß der Verschiebung pro Einheitslänge der piezoelektrischen Elementeinheit auf der Seite des Verbindungselements und im wesentlichen dasselbe wie das Ausmaß der Verschiebung pro Einheitslänge des piezoelektrischen Einheitselements auf der Seite des piezoelektrischen Einheitselements.Next, the extent of the shift is preferred per unit length a buffer unit smaller than the amount of displacement per unit length of piezoelectric element unit on the connector side and substantially the same as the amount of displacement per unit length of the piezoelectric Unit elements on the piezoelectric unit element side.
In diesem Fall ist es möglich, das Auftreten von Rissen bzw. Brüchen im Inneren des piezoelektrischen Aktuators wirkungsvoller zu verhindern.In this case it is possible that Occurrence of cracks or breaks prevent more effectively inside the piezoelectric actuator.
Als ein bestimmtes Mittel zum Machen des Ausmaßes der Verschiebung pro Einheitslänge einer Puffereinheit kleiner als das der piezoelektrischen Elementeinheit auf der Seite des Verbindungselements und im wesentlichen zu demselben wie dem des piezoelektrischen Einheitselements auf der Seite des piezoelektrischen Einheitselements gibt es zum Beispiel das folgende Verfahren.As a certain means of doing of extent the displacement per unit length a buffer unit smaller than that of the piezoelectric element unit on the side of the connecting element and essentially to the same like that of the piezoelectric unit element on the side of the For example, piezoelectric unit elements are as follows Method.
Das heißt, dieses kann dadurch verwirklicht werden, daß die Dicken der piezoelektrischen Keramikschichten im Inneren der Puffereinheit zu im wesentlichen derselben Dicke wie die der piezoelektrischen Keramikschicht des piezoelektrischen Einheitselements auf der Seite des piezoelektrischen Einheitselements gemacht werden, und größer als die der piezoelektrischen Keramikschichten der piezoelektrischen Elementeinheiten auf der Seite des Verbindungselements gemacht werden.This means that this can be achieved be that the Thicknesses of the piezoelectric ceramic layers inside the buffer unit to substantially the same thickness as that of the piezoelectric Ceramic layer of the piezoelectric unit element on the side of the piezoelectric unit element, and larger than that of the piezoelectric ceramic layers of the piezoelectric Element units are made on the side of the connecting element.
Ferner kann dies, als ein anderes Verfahren, während der Herstellung der Puffereinheit durch Verwenden eines piezoelektrischen Materials mit einer kleineren piezoelektrischen Konstanten als der der piezoelektrischen Keramikschichten der piezoelektrischen Elementeinheiten für die piezoelektrischen Keramikschichten der Verbindungselementseite und Verwenden eines piezoelektrischen Materials mit einer piezoelektrischen Konstanten im wesentlichen gleich der der piezoelektrischen Keramikschichten der piezoelektrischen Elementeinheiten für die piezoelektrischen Keramikschichten der Seite des piezoelektrischen Einheitselements, um die Puffereinheiten herzustellen, verwirklicht werden. Ferner kann dies durch Reduzieren der an die Seite des Verbindungselements der Puffereinheit angelegten Spannung gegenüber der an die Seite des piezoelektrischen Einheitselements angelegten Spannung verwirklicht werden.Furthermore, this can be considered another Procedure while the manufacture of the buffer unit by using a piezoelectric Material with a smaller piezoelectric constant than that of the piezoelectric ceramic layers of the piezoelectric element units for the piezoelectric ceramic layers of the connecting element side and Using a piezoelectric material with a piezoelectric constant substantially the same as that of the piezoelectric ceramic layers of the piezoelectric element units for the piezoelectric ceramic layers the side of the piezoelectric unit element to the buffer units to manufacture, to be realized. Furthermore, this can be done by reducing the applied to the side of the connecting element of the buffer unit Tension towards that applied to the side of the piezoelectric unit element Tension can be realized.
Ferner sind in dem vierten Aspekt der Erfindung und in dem achten Aspekt der Erfindung das piezoelektrische Einheitselement und Verbindungselemente zwischen sich mit Blindeinheiten mit einem Elastizitätsmodul kleiner als der der Verbindungselemente versehen.Furthermore, in the fourth aspect of the invention and in the eighth aspect of the invention the piezoelectric Unit element and connecting elements between them with dummy units with a modulus of elasticity smaller than that of the connecting elements.
Der Elastizitätsmodul kann mittels dem in JIS-R1602-1995 definierten Verfahren gemessen werden. Wenn jedoch die angegebene Prüfprobenform nicht erhalten bzw. hergestellt werden kann, ist es möglich, unter Verwendung einer Probe, die durch Schneiden eines Verbindungselements und einer Blindeinheit auf dieselbe Form erhalten wurde, und Vergleichen derselben einen zu dem JIS-Standard ähnlichen Test durchzuführen.The modulus of elasticity can be measured using the method defined in JIS-R1602-1995. However, if the specified test specimen shape cannot be obtained, it is possible to perform a test similar to the JIS standard by using a specimen obtained by cutting a connector and a dummy unit to the same shape and comparing them to lead.
Ferner ist es möglich, die Blindeinheiten und das piezoelektrische Einheitselement mittels einem Harzbinder zu bonden. Die Zwing- bzw. Haltekraft eines Harzbinders ist kleiner, so daß auch in diesem Fall die Wirkung der Zwischenlegung der Blindeinheiten ausreichend erhalten werden kann.It is also possible to use the dummy units and the piezoelectric unit element by means of a resin binder bonding. The force of a resin binder is smaller, so that too in this case the effect of the interposition of the blind units can be obtained sufficiently.
Ferner können das piezoelektrische Einheitselement und die Verbindungselemente sowohl Puffereinheiten als auch Blindeinheiten aufweisen, die zwischen sie gelegt sind. In diesem Fall werden das piezoelektrische Einheitselement, die Puffereinhei ten, die Blindeinheiten und die Verbindungselemente durch den vorstehenden Harzbinder gebondet.Furthermore, the piezoelectric unit element and the connecting elements both buffer units and dummy units have, which are placed between them. In this case Piezoelectric unit element, the buffer units, the dummy units and the connection members are bonded by the above resin binder.
Bevorzugt beträgt der Elastizitätsmodul der Verbindungselemente zumindest das Zweifache des Elastizitätsmoduls der piezoelektrischen Elementeinheiten und Blindeinheiten.The modulus of elasticity is preferably of the connecting elements at least twice the elastic modulus of the piezoelectric element units and dummy units.
Falls der Elastizitätsmodul der Verbindungselemente kleiner ist als das Zweifache des Elastizitätsmoduls der piezoelektrischen Elementeinheiten und Blindeinheiten, könnte es dann, wenn die Verschiebung des piezoelektrischen Aktuators nach außen übertragen wird, unmöglich werden, den Verlust an Verschiebung und erzeugter Kraft zwischen dem piezoelektrischen Aktuator und dem außenliegenden Metallelement usw. ausreichend zu reduzieren.If the modulus of elasticity the connecting elements is less than twice the elastic modulus of the piezoelectric element units and dummy units, it could then when the displacement of the piezoelectric actuator is after transmitted outside becomes impossible the loss of displacement and force generated between the piezoelectric actuator and the external metal element etc. to reduce sufficiently.
Bevorzugt besteht jede Blindeinheit aus einem Keramikmaterial, das dasselbe ist wie das einer piezoelektrische Keramikschicht der piezoelektrischen Elementeinheiten.Each blind unit is preferably present made of a ceramic material that is the same as that of a piezoelectric Ceramic layer of the piezoelectric element units.
In diesem Fall wird es nicht nur leicht, die Blindeinheiten herzustellen, sondern kann auch der Elastizitätsmodul der Blindeinheiten im wesentlichen gleich dem der piezoelektrischen Elementeinheiten gemacht werden, so daß es auch dann, wenn Risse in den Blindeinheiten von der Seite des Verbindungselements ausgehend auftreten, möglich ist, wirkungsvoll das Fortschreiten der Risse zu den piezoelektrischen Elementeinheiten zu verhindern.In this case, it won't just easy to manufacture the blind units, but also the modulus of elasticity of the dummy units is substantially the same as that of the piezoelectric ones Elemental units are made so that even if there are cracks in the blind units starting from the side of the connecting element occur, possible is effective the progression of the cracks to the piezoelectric To prevent elemental units.
Bevorzugt sind die Blindeinheiten und das piezoelektrische Einheitselement zwischen sich mit Puffereinheiten versehen, die aus piezoelektrischen Keramikschichten und inneren Elektrodenschichten bestehen, die abwechselnd gestapelt sind, um die innere Belastung des piezoelektrischen Einheitselements abzupuffern, und ist das Ausmaß der Verschiebung pro Einheitslänge einer Puffereinheit kleiner als das Ausmaß der Verschiebung pro Einheitslänge der piezoelektrischen Elementeinheit auf der Seite der Blindeinheit und im wesentlichen gleich wie das Ausmaß der Verschiebung pro Einheitslänge des piezoelek trischen Einheitselements auf der Seite des piezoelektrischen Einheitselements.The blind units are preferred and the piezoelectric unit element between them with buffer units provided that of piezoelectric ceramic layers and inner There are electrode layers that are alternately stacked to buffer the internal stress of the piezoelectric unit element, and is the extent of Displacement per unit length a buffer unit smaller than the amount of displacement per unit length of piezoelectric element unit on the side of the dummy unit and substantially the same as the amount of displacement per unit length of piezoelectric unit elements on the side of the piezoelectric Unit element.
In diesem Fall ist es möglich, das Auftreten von Rissen im Inneren des piezoelektrischen Aktuators wirkungsvoller zu verhindern.In this case it is possible that Occurrence of cracks inside the piezoelectric actuator more effectively to prevent.
Als ein bestimmtes Mittel zum Machen des Ausmaßes der Verschiebung pro Einheitslänge einer Puffereinheit kleiner als das der piezoelektrischen Elementeinheit auf der Seite des Blindelements und im wesentlichen zu demselben wie dem des piezoelektrischen Einheitselements auf der Seite des piezoelektrischen Einheitselements gibt es zum Beispiel das folgende Verfahren.As a certain means of doing of extent the displacement per unit length a buffer unit smaller than that of the piezoelectric element unit on the side of the dummy element and essentially to the same like that of the piezoelectric unit element on the side of the For example, piezoelectric unit elements are as follows Method.
Das heißt, dieses kann dadurch verwirklicht werden, daß die Dicken der piezoelektrischen Keramikschichten im Inneren der Puffereinheit zu im wesentlichen derselben Dicke wie die der piezoelektrischen Keramikschicht des piezoelektrischen Einheitselements auf der Seite des piezoelektrischen Einheitselements gemacht werden, und größer als die einer piezoelektrischen Keramikschicht einer piezoelektrischen Elementeinheit auf der Seite der Blindeinheit gemacht werden.This means that this can be achieved be that the Thicknesses of the piezoelectric ceramic layers inside the buffer unit to substantially the same thickness as that of the piezoelectric Ceramic layer of the piezoelectric unit element on the side of the piezoelectric unit element, and larger than that of a piezoelectric ceramic layer of a piezoelectric Element unit are made on the side of the blind unit.
Ferner kann dies, als ein anderes Verfahren, während der Herstellung der Puffereinheit durch Verwenden eines piezoelektrischen Materials mit einer kleineren piezoelektrischen Konstanten als der der piezoelektrischen Keramikschichten der piezoelektrischen Elementeinheiten für die piezoelektrischen Keramikschichten der Seite der Blindeinheit und Verwenden eines piezoelektrischen Materials mit einer piezoelektrischen Konstanten im wesentlichen gleich der der piezoelektrischen Keramikschichten der piezoelektrischen Elementeinheiten für die piezoelektrischen Keramikschichten der Seite des piezoelektrischen Einheitselements, um die Puffereinheiten herzustellen, verwirklicht werden. Ferner kann dies durch Reduzieren der an die Seite der Blindeinheit der Puffereinheit angelegten Spannung gegenüber der an die Seite des piezoelektrischen Einheitselements angelegten Spannung verwirklicht werden.Furthermore, this can be considered another Procedure while the manufacture of the buffer unit by using a piezoelectric Material with a smaller piezoelectric constant than that of the piezoelectric ceramic layers of the piezoelectric element units for the piezoelectric ceramic layers on the side of the dummy unit and Use a piezoelectric material with a piezoelectric Constants are substantially the same as those of the piezoelectric ceramic layers of the piezoelectric element units for the piezoelectric ceramic layers the side of the piezoelectric unit element to the buffer units to manufacture, to be realized. Furthermore, this can be done by reducing the voltage applied to the side of the dummy unit of the buffer unit across from that applied to the side of the piezoelectric unit element Tension can be realized.
Ferner besteht in dem dritten und dem vierten Aspekt der Erfindung bevorzugt jede Puffereinheit aus nicht mehr als 50 zusammengestapelten piezoelektrischen Keramikschichten, und sind die Keramikschichten an den äußersten Seiten der Puffereinheit in der Stapelrichtung, das heißt die äußersten Keramikschichten, inaktiv.Furthermore, in the third and the fourth aspect of the invention does not prefer any buffer unit from more than 50 stacked piezoelectric ceramic layers, and are the ceramic layers on the outermost sides of the buffer unit in the stacking direction, that is the outermost Ceramic layers, inactive.
Die in einer Puffereinheit auftretende Belastung wird, wie bei einer piezoelektrischen Elementeinheit, um so größer, je größer die Anzahl gestapelter Schichten der piezoelektrischen Keramikschichten ist. Insbesondere wird bei über 50 Schichten eine große innere Belastung zur Zeit des Anlegens von Spannung erzeugt, so daß die Gefahr besteht, daß Risse in der piezoelektrischen Elementeinheit auftreten. Ferner besteht dann, wenn zur Zeit des Anlegens von Spannung die Keramikschichten an den äußersten Seiten jeder Puffereinheit in der Stapelrichtung, das heißt die äußersten Keramikschichten, nicht inaktiv sind, das heißt aktiv sind, die Gefahr, daß sich die Keramikschichten, die zwischen zwei aneinandergrenzenden inneren Elektrodenschichten liegen, die jeden gebondeten Teil zwischen sich einschließen, positiv verformen, und besteht die Gefahr, daß die gebondeten Teile zwischen den Puffereinheiten und den piezoelektrischen Elementeinheiten, Verbindungselementen oder Blindeinheiten beschädigt werden.As in the case of a piezoelectric element unit, the load occurring in a buffer unit becomes greater the greater the number of layers of the piezoelectric ceramic layers stacked. In particular, with more than 50 layers, a large internal stress is generated at the time of applying voltage, so that there is a risk that cracks occur in the piezoelectric element unit. Furthermore, when the ceramic layers on the outermost sides of each buffer unit in the stacking direction, that is, the outermost ceramic layers, are not inactive, that is, active, at the time of the application of voltage, there is a danger that the ceramic layers that are adjacent between two inner electrode layer are positive that deform each bonded part between them, and there is a risk that the bonded parts between the buffer units and the piezoelectric element units, connecting elements or dummy units are damaged.
Ferner besteht in dem siebten und dem achten Aspekt der Erfindung bevorzugt jede Puffereinheit aus zumindest sechs zusammengestapelten piezoelektrischen Keramikschichten, und sind die Keramikschichten an den äußersten Seiten der Puffereinheit in der Stapelrichtung, das heißt die äußersten Keramikschichten, inaktiv.Furthermore, in the seventh and the eighth aspect of the invention prefers each buffer unit from at least six stacked piezoelectric ceramic layers, and are the ceramic layers on the outermost sides of the buffer unit in the stacking direction, that is the outermost Ceramic layers, inactive.
Falls die Anzahl gestapelter Schichten der piezoelektrischen Keramikschichten in einer Puffereinheit kleiner als sechs ist, wird die Dicke in der Stapelrichtung pro Puffereinheit klein, so daß die Handhabung schwieriger wird, der Produktionsprozeß mühsamer wird, und auch die Gefahr besteht, daß die Produktionskosten ansteigen. Ferner besteht dann, wenn zur Zeit des Anlegens von Spannung die Keramikschichten an den äußersten Seiten jeder Puffereinheit in der Stapelrichtung, das heißt die äußersten Keramikschichten, nicht inaktiv sind, das heißt aktiv sind, die Gefahr, daß sich die Keramikschichten, die zwischen den beiden aneinandergrenzenden inneren Elektrodenschichten liegen, die jeden gebondeten Teil zwischen sich einschließen, positiv verformen, und besteht die Gefahr, daß die gebondeten Teile zwischen den Puffereinheiten und den piezoelektrischen Elementeinheiten, Verbindungselementen oder Blindeinheiten beschädigt werden.If the number of layers stacked of the piezoelectric ceramic layers in a buffer unit smaller is six, the thickness in the stacking direction per buffer unit small, so the Handling becomes more difficult, the production process becomes more laborious, and there is also a risk that the Production costs increase. Furthermore, if there is currently the voltage on the ceramic layers on the outermost sides each buffer unit in the stacking direction, that is, the outermost Ceramic layers, are not inactive, that is, are active, the risk that itself the ceramic layers that are adjacent between the two inner electrode layers that lie between each bonded part to lock myself in, deform positively, and there is a risk that the bonded parts between the buffer units and the piezoelectric element units, Fasteners or dummy units are damaged.
Ferner besteht in dem siebten und dem achten Aspekt der Erfindung bevorzugt jede Puffereinheit aus nicht mehr als 50 zusammengestapelten piezoelektrischen Keramikschichten.Furthermore, in the seventh and According to the eighth aspect of the invention, each buffer unit does not prefer more than 50 stacked piezoelectric ceramic layers.
Falls die Anzahl von piezoelektrischen Keramikschichten in einer Puffereinheit 50 übersteigt, wird auf dieselbe Art und Weise wie bei einer piezoelektrischen Elementeinheit die in der Puffereinheit auftretende innere Belastung größer werden, und wird zur Zeit des Anlegens von Spannung eine große innere Belastung erzeugt werden, so daß die Gefahr besteht, daß Risse in der piezoelektrischen Elementeinheit auftreten.If the number of piezoelectric Ceramic layers in a buffer unit exceeds 50, is on the same Way as in a piezoelectric element unit internal stress occurring in the buffer unit increases and becomes a great inner one at the time of applying tension Load are generated so that the There is a risk of cracks occur in the piezoelectric element unit.
Als Nächstes besteht bevorzugt jede piezoelektrische Elementeinheit aus nicht mehr als 50 zusammengestapelten piezoelektrischen Keramikschichten.Next, each is preferred Piezoelectric element unit made up of not more than 50 stacked together piezoelectric ceramic layers.
Wie vorstehend erklärt wurde, wird dann, wenn die Anzahl gestapelter Schichten der piezoelektrischen Keramikschichten in einer piezoelektrischen Elementeinheit 50 übersteigt, eine große innere Belastung zur Zeit des Anlegens von Spannung auftreten, und besteht infolgedessen die Gefahr, daß Risse in der piezoelektrischen Elementeinheit auftreten.As explained above becomes when the number of stacked layers of the piezoelectric ceramic layers in a piezoelectric element unit exceeds 50, a large inner one Stress occurs at the time voltage is applied and persists consequently the risk of cracks occur in the piezoelectric element unit.
Als Nächstes wird es in den ersten bis achten Aspekten der Erfindung bevorzugt, daß die Dicken der Keramikschichten an den äußersten Seiten der piezoelektrischen Elementeinheiten in der Stapelrichtung, das heißt die äußersten Keramikschichten, zumindest die Dicke einer zwischen inneren Elektrodenschichten in den piezoelektrischen Elementeinheiten gelegten Keramikschicht, das heißt einer Antriebskeramikschicht, sind.Next it will be in the first to eighth aspects of the invention preferred that the thicknesses of the ceramic layers at the extreme Sides of the piezoelectric element units in the stacking direction, this means the outermost Ceramic layers, at least the thickness of one between inner electrode layers ceramic layer placed in the piezoelectric element units, this means a drive ceramic layer.
In diesem Fall ist es möglich, das Ausmaß der Verformung der äußersten Keramikschichten zu unterdrücken, so daß es möglich ist, eine Beschädigung der Bondoberflächen der piezoelektrischen Elementeinheiten weiter zu unterdrücken.In this case it is possible that Extent of Deformation of the outermost Suppress ceramic layers, so that it possible is damage of the bond surfaces to suppress the piezoelectric element units further.
Ferner besteht erfindungsgemäß jede piezoelektrischen Keramikschicht bevorzugt aus einem PZT-basierten Material.Furthermore, according to the invention, there is any piezoelectric Ceramic layer preferably made of a PZT-based material.
In diesem Fall ist es möglich, guten Gebrauch von der überlegenen Eigenschaft des vorstehenden PZT-Materials [generische Bezeichnung für ein Oxyd einer Pb(Zr,Ti)O3-basierten Perovskitstruktur] als Piezoelektrikum zu machen, um das Leistungsvermögen als ein Aktuator eines Injektors usw. zu verbessern.In this case, it is possible to make good use of the superior property of the above PZT material [generic name for an oxide of a Pb (Zr, Ti) O 3 based perovskite structure] as a piezoelectric in order to perform as an actuator of an injector etc. to improve.
Als die innere Elektrodenschicht ist es möglich, ein Metall zu verwenden, das zumindest eines von Ag, Pd, Pt, Cu und Ni oder eine Legierung derselben einschließt.As the inner electrode layer Is it possible, to use a metal containing at least one of Ag, Pd, Pt, Cu and includes Ni or an alloy thereof.
Ferner werden die vorstehenden piezoelektrischen Aktuatoren bevorzugt für Injektoren bzw. Einspritzdüsen verwendet.Furthermore, the above piezoelectric Actuators preferred for Injectors or injectors used.
In diesem Fall kann die überlegene Dauerhaftigkeit der piezoelektrischen Aktuatoren ausreichend gezeigt werden.In this case, the superior Durability of the piezoelectric actuators shown sufficiently become.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf ihre Beispiele weiter beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, daß die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.The invention is by reference further described on their examples. However, it is noted that the Invention is not limited to these examples.
Beispiel 1example 1
Als Nächstes wird der piezoelektrische
Aktuator gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Verwendung der
Der piezoelektrische Aktuator
Als Nächstes wird ein piezoelektrischer
Aktuator dieses Beispiels unter Verwendung der
Wie in den
Jede der Elektrodenschichten
Ferner weist, wie in
Das piezoelektrische Einheitselement
Jede Puffereinheit
Ferner besteht, wie in
Als Nächstes wird das Verfahren zur
Herstellung eines piezoelektrischen Aktuators gemäß diesem Beispiel
unter Verwendung der
Der piezoelektrische Aktuator dieses
Beispiels kann unter Verwendung des weithin benutzten Verfahrens
ungebrannter Platten (green sheet method) produziert werden. Die
ungebrannten Platten werden wie folgt vorbereitet:
Das heißt, zunächst wird
ein bekanntes Verfahren dazu verwendet, Pulver aus Zinkoxid, Zirkoniumoxid,
Titanoxid, Nioboxid, Strontiumkarbonat usw., die Hauptzutaten des
piezoelektrischen Materials bilden, abzuwiegen, um eine gewünschte Zusammensetzung
zu erhalten. In diesem Beispiel erfolgt dies so, daß die endgültige Zusammensetzung
zu sogenanntem PZT (Blei Zirkonat Titanat) wird. Ferner werden unter
Berücksichtigung
der Verdampfung von Blei die Materialien so vorbereitet, daß sie um
1 bis 2% reicher als das stöchiometrische
Verhältnis
der Zusammensetzung sind. Diese Materialien werden mittels einem
Mischer trocken gemischt und dann bei 800 bis 950°C kalziniert.The piezoelectric actuator of this example can be produced using the widely used green sheet method. The unfired plates are prepared as follows:
That is, first of all, a known method is used to weigh powder of zinc oxide, zirconium oxide, titanium oxide, niobium oxide, strontium carbonate, etc., which are the main ingredients of the piezoelectric material, to obtain a desired composition. In this example this is done so that the final composition becomes PZT (lead zirconate titanate). Furthermore, taking lead evaporation into account, the materials are prepared to be 1 to 2% richer than the stoichiometric ratio of the composition. These materials are mixed dry using a mixer and then calcined at 800 to 950 ° C.
Als Nächstes wird dem kalzinierten Pulver reines Wasser und ein Dispergiermittel hinzugefügt, um einen Brei zu erzeugen, und wird dann mittels einer Kugelmühle naß pulverisiert. Das pulverisierte Material wird dann getrocknet, entfettet, mit einem Lösungsmittel, einem Binder, einem Plasticizer, einem Dispergiermittel usw. ergänzt und mittels einer Kugelmühle gemischt. Als Nächstes wird diesem Brei, während er mittels einem Rührer gerührt wird, unter Vakuum Luft entzogen, und wird dieser hinsichtlich der Viskosität eingestellt.Next is the calcined Pure water powder and a dispersant added to one To produce porridge, and is then pulverized wet using a ball mill. The pulverized material is then dried, degreased, with a solvent, a binder, a plasticizer, a dispersant, etc. and by means of a ball mill mixed. Next will this porridge while he using a stirrer touched is extracted under vacuum, and this is with respect to the viscosity set.
Als Nächstes wird der Brei mittels einem Doctor Blade- bzw. Abziehklingensystem zu einer ungebrannten Platte einer konstanten Dicke ausgeformt.Next, the porridge becomes unbaked using a doctor blade or scraper system th plate of a constant thickness.
Die resultierende ungebrannte Platte wird mittels einer Presse gestanzt oder mittels einem Schneider geschnitten, um rechteckförmige Platten vorbestimmter Größen zu erhalten.The resulting unfired plate is punched using a press or cut using a cutter, around rectangular Obtain plates of predetermined sizes.
Als Nächstes wird zum Beispiel, wie
in
Die Oberfläche jeder ungebrannten Platte
Eine vorbestimmte Anzahl von ungebrannten
Platten
Als Nächstes werden diese ungebrannten
Platten
Einundzwanzig (
Als Nächstes wird der Stapel
Der Parallelitätswert der Bondoberflächen
Hier wird der Parallelitätswert der
Bondoberflächen
einer piezoelektrischen Elementeinheit
Wie in der Figur gezeigt ist, bilden
die beiden Enden der piezoelektrischen Elementeinheit
Als Nächstes wurden Sätze aus 19 ungebrannten Platten, die mit inneren Elektrodenschichten ähnlich denjenigen, die bei der Herstellung der vorstehenden piezoelektrischen Elementeinheiten ausgebildet waren, gestapelt, um Stapel für Puffereinheiten zu erzeugen. In jedem Puffereinheitsstapel wurden ungebrannte Platten, die nicht mit inneren Elektrodenschichten ausgebildet waren, für den Teil zweier Schichten auf der die Seite des Verbindungselements bildenden Seite nach der Montage des piezoelektrischen Aktuators zwischengelegt, um die Dicke der Seite des Verbindungselements zu dem Zweifachen der einer piezoelektrischen Keramikschicht einer piezoelektrischen Elementeinheit zu machen. Ferner wurden ungebrannte Platten, die nicht mit inneren Elektrodenschichten ausgebildet waren, weiter an der äußersten Seite der Seite des Verbindungselements gestapelt.Next, sets of 19 green sheets stacked with internal electrode layers similar to those formed in the manufacture of the above piezoelectric element units were stacked to produce stacks for buffer units. In each buffer unit stack, green sheets, which were not formed with inner electrode layers, were interposed for the part of two layers on the side forming the connection element side after the piezoelectric actuator was assembled sets to make the thickness of the side of the connection member twice that of a piezoelectric ceramic layer of a piezoelectric element unit. In addition, green sheets not formed with inner electrode layers were further stacked on the outermost side of the connector side.
Als Nächstes wurden diese Puffereinheitsstapel
heißpressgebondet,
entfettet, und dann gebrannt, auf dieselbe Art und Weise wie die
vorstehenden, um Puffereinheiten
Als Nächstes wurden Sätze aus
20 ungebrannten Platten, die nicht mit inneren Elektrodenschichten ausgebildet
waren, gestapelt, um Stapel für
Blindeinheiten herzustellen. Diese Blindeinheitenstapel wurden dann
heißpressgebondet,
entfettet, und dann gebrannt, auf dieselbe Art und Weise wie die
vorstehenden, um Blindeinheiten
Ferner wurden Verbindungselemente
Als Nächstes wurden die so hergestellten
piezoelektrischen Elementeinheiten
Im Einzelnen wurden zunächst aus
Ag bestehende externe Elektroden
Die externen Elektroden
Die externen Elektroden
Als Nächstes werden die inneren Elektrodenschichten
Als Nächstes werden, wie in den
Auf diese Art und Weise wurde ein
piezoelektrischer Aktuator
Bei dem piezoelektrischen Aktuator
Ferner wurde in diesem Beispiel ein
piezoelektrischer Aktuator
Die Probe E2 ist dieselbe wie die
Probe E1, mit der Ausnahme, daß sie
eine Harzisolationsschicht
Ferner wurden in diesem Beispiel piezoelektrische Aktuatoren mittels demselben Verfahren dem wie für die Probe E1 hergestellt, aber die Anzahl gestapelter Schichten der piezoelek trischen Keramikschichten, die in den piezoelektrischen Elementeinheiten als piezoelektrische Keramikschichten aktiv sind, das Vorhandensein von Harzisolationsschichten, der Parallelitätswert der Bondoberflächen der piezoelektrischen Elementeinheiten, oder das Vorhandensein von Blindeinheiten und Puffereinheiten wurden geändert. Diese wurden als Proben E3 bis E19 bezeichnet. Einzelheiten sind in der später angegebenen Tabelle 1 gezeigt.Furthermore, in this example piezoelectric actuators using the same procedure as for the sample E1 manufactured, but the number of stacked layers of piezoelectric Ceramic layers in the piezoelectric element units as piezoelectric ceramic layers are active, the presence of resin insulation layers, the parallelism value of the bond surfaces of the piezoelectric element units, or the presence of dummy units and buffer units have been changed. These were referred to as samples E3 to E19. Details are in the later shown Table 1 shown.
Als Nächstes wurde Spannung an die Proben E1 bis E19 und die Probe C1 angelegt, um die Dauerhaftigkeiten der Proben wie vorstehend erklärt zu untersuchen.Next up was tension on the Samples E1 through E19 and sample C1 applied to the durability of the samples as explained above to investigate.
Zunächst wurden 10 Stücke jeder der Proben E1 bis E19 und der Probe C1 vorbereitet. Diese wurden durch eine positive Spannung, ohne Anlegen einer negativen Spannung, für 2 × 108 Zyklusbetriebstests angesteuert. Die Anzahl von Stücken, die während des Betriebs Kurzschlüssen unterlagen, wurde gezählt. Die Proben wurden als "gut" beurteilt, wenn keine Kurzschlüsse auftraten, als "brauchbar", wenn Kurzschlüsse in einigen auftraten, und als "schlecht", wenn Kurzschlüsse in allen auftraten. Ferner wurde die Anzahl von Betriebsabläufen, bis Kurzschlüsse auftraten, für die Proben E2 und E7 bis E12 gemessen.First, 10 pieces of each of samples E1 to E19 and sample C1 were prepared. These were driven by a positive voltage without applying a negative voltage for 2 × 10 8 cycle operation tests. The number of pieces that were short-circuited during operation was counted. The samples were rated "good" when there were no shorts, "useful" when shorts occurred in some, and "bad" when shorts occurred in all. Furthermore, the number of Be operations until short circuits occurred, measured for samples E2 and E7 to E12.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.The results are in Table 1 shown.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, erfüllen die Proben E1 bis E19 zumindest eines der Erfordernisse aus den Bedingungen, daß die elektrische Feldstärke der gebondeten Keramikschichten in Bezug auf das koerzitive elektrische Feld der piezoelektrischen Elementeinheiten nicht größer ist als 1,0 und die gebondeten Keramikschichten inaktiv sind, daß Harzisolationsschichten vorhanden sind und die gebondeten Keramikschichten inaktiv sind, daß der Parallelitätswert der Bondoberflächen nicht größer als 0,1 ist, daß Puffereinheiten zum Abpuffern der inneren Belastung der piezoelektrischen Einheitselemente vorhanden sind, und daß Blindeinheiten mit einem kleineren Elastizitätsmodul als der der Verbindungselemente vorhanden sind. Ferner können diese piezoelektrischen Aktuatoren zumindest 2 × 108 Mal nahezu ohne Kurzschlüsse arbeiten und waren daher hinsichtlich der Dauerhaftigkeit überlegen. Daher sind sie besonders für Anwendungen wie beispielsweise Injektoren geeignet.As can be seen from Table 1, samples E1 to E19 meet at least one of the requirements that the electric field strength of the bonded ceramic layers with respect to the coercive electric field of the piezoelectric element units is not greater than 1.0 and the bonded ceramic layers inactive that there are resin insulation layers and that the bonded ceramic layers are inactive, that the parallelism value of the bond surfaces is not greater than 0.1, that there are buffer units for buffering the internal stress of the piezoelectric unit elements, and that dummy units have a smaller elastic modulus than that of the connection elements available. Furthermore, these piezoelectric actuators can work at least 2 × 10 8 times almost without short circuits and were therefore superior in terms of durability. Therefore, they are particularly suitable for applications such as injectors.
Andererseits litt, wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, die Probe C1, die keine der vorstehenden Bedingungen erfüllte, an Kurzschlüssen in allen der 10 Stücke während des Betriebs für 2 × 108 Ma1.On the other hand, as shown in Table 1, the sample C1, which did not meet any of the above conditions, suffered short-circuits in all of the 10 pieces during operation for 2 × 10 8 Ma1.
Ferner bestand in den Proben E1 bis E14 und den Proben E17 bis E19 jede piezoelektrische Elementeinheit aus nicht mehr als 50 piezoelektrischen Keramikschichten. Daher konnte eine zur Zeit des Anlegens von Spannung auftretende Belastung unterdrückt werden, und konnte das Auftreten von Rissen in den piezoelektrischen Elementeinheiten wirkungsvoll unterdrückt werden.In addition, samples E1 to E14 and samples E17 to E19 each piezoelectric element unit from no more than 50 piezoelectric ceramic layers. Therefore could be a stress occurring at the time of applying voltage repressed and could be the occurrence of cracks in the piezoelectric Element units are effectively suppressed.
Ferner bestand in den Proben E1 bis E17 und der Probe E19 die piezoelektrische Elementeinheit aus zumindest sechs piezoelektrischen Keramikschichten. Wenn die Anzahl gestapelter Schichten der piezoelektrischen Elementeinheit sechs oder mehr beträgt, wird das Ausmaß der Verformung der gebondeten Keramikschichten oder der Keramikschichten an den äußersten Seiten der piezoelektrischen Elementeinheit in der Stapelrichtung, das heißt an den äußersten Keramikschichten, größer. Daher besteht die Gefahr, daß eine lokale Beschädigung an den gebondeten Oberflächen der piezoelektrischen Elementeinheiten oder der gebondeten Oberfläche des piezoelektrischen Einheitselements mit einem anderen Element wie beispielsweise einem Verbindungselement auftritt.In addition, samples E1 to E17 and the sample E19 the piezoelectric element unit from at least six piezoelectric ceramic layers. If the number of stacked Layers of the piezoelectric element unit is six or more the extent of Deformation of the bonded ceramic layers or the ceramic layers at the extreme Sides of the piezoelectric element unit in the stacking direction, this means at the extreme Ceramic layers, bigger. Therefore there is a risk that a local damage on the bonded surfaces the piezoelectric element units or the bonded surface of the piezoelectric unit elements with another element such as for example, a connecting element occurs.
Bei den Proben E1 bis E17 und der Probe E19 ist jedoch zumindest eines der Erfordernisse aus den Bedingungen, daß die elektrische Feldstärke der gebondeten Keramikschichten in Bezug auf das koerzitive elektrische Feld der piezoelektrischen Elementeinheiten nicht größer ist als 1,0 und die gebondeten Keramikschichten inaktiv sind, daß Harzisolationsschichten vorhanden sind und die gebondeten Keramikschichten inaktiv sind, daß der Parallelitätswert der Bondoberflächen nicht größer als 0,1 ist, daß Puffereinheiten zum Abpuffern der inneren Belastung der piezoelektrischen Einheitselemente vorhanden sind, und daß Blindeinheiten mit einem kleineren Elastizitätsmodul als der der Verbindungselemente vorhanden sind, erfüllt. Daher kann eine Beschädigung an den gebondeten Oberflächen unterdrückt werden, und ist die Dauerhaftigkeit überlegen, wie in der Tabelle 1 gezeigt ist.For samples E1 to E17 and However, sample E19 is at least one of the requirements from the conditions that the electric field strength of the bonded ceramic layers in relation to the coercive electrical Field of piezoelectric element units is not larger than 1.0 and the bonded ceramic layers are inactive that resin insulation layers are present and the bonded ceramic layers are inactive, that the parallelism value of the bond surfaces not bigger than 0.1 is that buffer units for buffering the internal stress of the piezoelectric unit elements are present, and that blind units with a smaller modulus of elasticity than that of the connecting elements are met. Therefore can damage on the bonded surfaces repressed and is superior to durability, as in the table 1 is shown.
Ferner ist, wie der Tabelle 1 entnehmbar ist, wenn die Probe E1, die Probe E7, die Probe E10 und die Probe E11 verglichen werden, unter anderweitig denselben Bedingungen, die kleinste Anzahl von Betriebsabläufen ohne Kurzschlüsse um so größer und die Dauerhaftigkeit um so besser, je kleiner der Parallelitätswert ist.Furthermore, as can be seen in Table 1 is when the sample E1, the sample E7, the sample E10 and the sample E11 are compared, under otherwise the same conditions, the smallest number of operations without short circuits all the way bigger and the smaller the parallelism value, the better the durability.
Ferner wiesen die piezoelektrischen
Aktuatoren der Proben E1 bis E8, der Probe E10, der Probe E11 und
der Proben E13 bis E19 Puffereinheiten auf. Wie in
Daher ist das Ausmaß der Verschiebung
pro Einheitslänge
der Puffereinheit
Wie vorstehend erklärt wurde,
wurde in diesem Beispiel, wie in
Das heißt, die in
Ferner hat die in
Ferner hat die in
Die Formen von piezoelektrischen
Keramikschichten
Wie in
In diesem Beispiel wurden innere
Elektrodenschichten
Ferner wurden in diesem Beispiel
innere Elektrodenschichten sogenannter "Teilelektrodenstrukturen" so erzeugt, daß nicht
ausgestaltete Teile an den piezoelektrischen Keramikschichten wie
vorstehend erklärt ausgebildet
wurden; jedoch ist es wie in den
In diesem Fall wird ein Isolationselement
Hier ist
Wie in
Dieses Isolationselement
Beispiel 2Example 2
Dieses Beispiel ist ein Beispiel der Herstellung eines piezoelektrischen Aktuators, bei dem zwei aneinandergrenzende innere Elektrodenschichten, die einen gebondeten Teil zwischen sich einschließen, mit Elektroden von im wesentlichen gleichen Potentialen verbunden sind.This example is an example the manufacture of a piezoelectric actuator in which two contiguous inner electrode layers that bond one Include part between them connected to electrodes of substantially the same potential are.
Bei dem piezoelektrischen Aktuator
dieses Beispiels sind, wie in
Bei der Herstellung eines piezoelektrischen
Aktuators
Ferner wurden auf dieselbe Art und Weise wie bei der Probe E1 von Beispiel 1 Puffereinheiten, Blindeinheiten und Verbindungselemente vorbereitet.Furthermore, in the same way and As for sample E1 of Example 1, buffer units, dummy units and connecting elements prepared.
Als Nächstes wurden die piezoelektrischen
Elementeinheiten und die Puffereinheiten mit externen Elektroden
Auf diese Art und Weise wurde ein
piezoelektrischer Aktuator
Bei dem piezoelektrischen Aktuator
Daher wird dann, wenn Spannung angelegt
wird, dasselbe elektrische Feld an die beiden aneinandergrenzenden
inneren Elektrodenschichten
Daher verschieben sich die gebondeten
Keramikschichten
Ferner kamen, wie in
Beispiel 3Example 3
Dieses Beispiel ist ein Beispiel der Herstellung eines piezoelektrischen Aktuators, der so konfiguriert ist, daß die Dikken der äußersten Keramikschichten der piezoelektrischen Elementeinheiten größer werden als die Dicken der Antriebskeramikschichten.This example is an example the manufacture of a piezoelectric actuator that is configured that the Thickness of the extreme Ceramic layers of the piezoelectric element units become larger than the thicknesses of the drive ceramic layers.
Bei dem piezoelektrischen Aktuator
dieses Beispiels sind, wie in
Bei der Herstellung des piezoelektrischen
Aktuators dieses Beispiels wurden zunächst auf dieselbe Art und Weise
wie in Beispiel 1 20 piezoelektrische Elementeinheiten
Als Nächstes wurden auf dieselbe Art und Weise wie bei der Probe E1 von Beispiel 1 Puffereinheiten, Blindeinheiten und Verbindungselemente vorbereitet.Next were on the same Mode as for sample E1 of example 1 buffer units, blind units and connecting elements prepared.
Als Nächstes wurden die piezoelektrischen
Elementeinheiten und die Puffereinheiten auf dieselbe Art und Weise
wie bei der Probe E1 von Beispiel 1 mit externen Elektroden versehen
und auf dieselbe Art und Weise wie bei der Probe E1 von Beispiel
1 polarisiert. Als Nächstes
wurden 20 mit externen Elektroden versehene piezoelektrische Elementeinheiten
Bei dem piezoelektrischen Aktuator
dieses Beispiels waren, wie in
Vorstehend wurde somit ein piezoelektrischer
Aktuator
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