DE102004018100A1

DE102004018100A1 - Gestapeltes piezoelektrisches Element

Info

Publication number: DE102004018100A1
Application number: DE200410018100
Authority: DE
Inventors: Masayuki Kariya Kobayashi; Naoyuki Kariya Kawazoe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: DE102004018100B4; JP4479271B2; JP2004336011A

Abstract

Innenelektrodenlagen 153, 154 haben freiliegende Elektrodenabschnitte, die an Seitenflächen 11 freiliegen, damit sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden 195, 196 verbindbar sind, wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörigen Außenelektroden für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage 153, 154 ausgebildet ist, und der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von den Seitenflächen 11 nach innen angeordnet ist, und eine Querschnittsform der piezoelektrischen Lage 151 in einer Querschnittsrichtung, die eine Richtung rechtwinklig schneidet, in der die Lagen gestapelt sind, ein Polygon mit einer gradzahligen Seitenzahl und Fasenabschnitten C ist, die an dessen Eckenabschnitten vorgesehen sind. Eine Beziehung 1,00 Y/X 1,24 ist zwischen einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Y der Querschnittsform der Fasenabschnitte C eingerichtet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein gestapeltes piezoelektrisches Element, das zum Antreiben einer Einspritzvorrichtung einer Fahrzeugkraftmaschine verwendet werden kann.

Es kann ein Fall auftreten, bei dem ein gestapeltes piezoelektrisches Element zum Antreiben einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Fahrzeugkraftmaschine verwendet wird.

Wie dies bei dem später beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel und in der 1 gezeigt ist, hat ein gestapeltes piezoelektrisches Element piezoelektrische Lagen und Innenelektrodenlagen, die abwechselnd gestapelt sind. Die Innenelektrodenlagen haben freiliegende Elektrodenabschnitte, die an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes so freiliegen, dass sie mit eine Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden zu verbinden sind, und die freiliegenden Elektrodenabschnitte ändern ihre dazugehörigen Außenelektroden für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage. Zusätzlich ist ein Nicht-Pol-Abschnitt, an dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage ausgebildet, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von den Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist.

Es ist zu beachten, dass das gestapelte piezoelektrische Element, bei dem ein derartiger Nicht-Pol-Abschnitt vorhanden ist, als eine Bauart bezeichnet wird, die teilweise eine Elektrodenstruktur aufweist.

Wenn das gestapelte piezoelektrische Element versetzt wird, dann erstreckt sich die piezoelektrische Lage außerdem in eine Richtung, bei der eine elektrische Spannung aufgebracht wird, und sie zieht sich in jene Richtung zusammen, die eine normale zu der Richtung der aufgebrachten elektrischen Spannung ist. Und zwar wird das gestapelte piezoelektrische Element in jene Richtung versetzt, in der die Lagen gestapelt sind und es zieht sich in einer Querschnittsrichtung zusammen.

Bei dem gestapelten piezoelektrischen Element mit der teilweisen Elektrodenstruktur erscheint folglich ein aktiver Abschnitt, der in der Stapelrichtung versetzt wird, und ein inaktiver Abschnitt, der nicht versetzt wird, wenn die elektrische Spannung nur auf einen Bereich der piezoelektrischen Lagen aufgebracht wird, der durch die Elektrodenabschnitte in der Stapelrichtung gehalten oder eingeklemmt wird (unter Bezugnahme auf die 2, was später beschrieben wird).

In dem Fall, dass ein spitzer Eckenabschnitt in der Querschnittsform der piezoelektrischen Lage vorhanden ist, dann wird außerdem ein Aufnahmedurchmesser vergrößert, und wenn dieser als eine Antriebsquelle für eine Einspritzvorrichtung verwendet wird, dann ist es weit verbreiter Usus, Fasenabschnitte vorzusehen, und zwar im Allgemeinen an den Eckenabschnitten der piezoelektrischen Lage, um so scharfe Kanten zu beseitigen, da die Montierbarkeit nachteilig beeinträchtigt ist, wie dies in den 5 und 10 dargestellt ist.

In Abhängigkeit von den Formen der Fasenabschnitte oder den Formen der aktiven und inaktiven Abschnitte werden jedoch Risse erzeugt, und dies führt zu einem Problem, das keine ausreichende Haltbarkeit erzielt werden kann.

Es ist wünschenswert, dass die Haltbarkeit des gestapelten piezoelektrischen Elementes durch Unterdrücken der Rissbildung in den piezoelektrischen Lagen und den Innenelektrodenlagen verbessert wird, indem die Spannungsbildung unterdrückt wird und die Festigkeit der wesentlichen Abschnitte erhöht wird.

Die Erfindung wurde angesichts der bei den herkömmlichen Techniken auftretenden Problemen geschaffen, und es ist die Aufgabe der Erfindung, ein gestapeltes piezoelektrisches Element vorzusehen, bei dem kaum eine Rissbildung auftritt, wenn das Element angetrieben wird, und das eine verbesserte Haltbarkeit bieten kann.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein gestapeltes piezoelektrisches Element vorgesehen, mit piezoelektrischen Lagen und Innenelektrodenlagen, die abwechselnd gestapelt sind, wobei die Innenelektrodenlagen freiliegende Elektrodenabschnitte aufweisen, die an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes so freiliegen, dass sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden verbindbar sind, wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörigen Außenelektroden für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage ausgebildet ist, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist, wobei eine Querschnittsform der piezoelektrischen Lage in einer Querschnittsrichtung, die eine Richtung im rechten Winkel schneidet, in der die Lagen gestapelt sind, ein Polygon mit einer gradzahligen Seitenzahl und Fasenabschnitten C ist, die an dessen Eckenabschnitten vorgesehen sind, und wobei eine Beziehung 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,24 zwischen einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Y der Querschnittsform in den Fasenabschnitten C eingerichtet ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein gestapeltes piezoelektrisches Element vorgesehen, mit piezoelektrischen Lagen und Innenelektrodenlagen, die abwechselnd gestapelt sind, wobei die Innenelektrodenlagen freiliegende Elektrodenabschnitte aufweisen, die an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes so freiliegen, dass sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden verbindbar sind, wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörigen Außenelektroden für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage ausgebildet ist, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist, wobei eine Querschnittsform der piezoelektrischen Lage in einer Querschnittsrichtung, die eine Richtung in rechten Winkeln schneidet, in der die Lagen gestapelt sind, ein Polygon mit einer gradzahligen Seitenzahl und Fasenabschnitten R ist, die an dessen Eckenabschnitten vorgesehen sind, und wobei eine Beziehung 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,27 zwischen einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Y der Querschnittsform in den Fasenabschnitten R eingerichtet ist.

Gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung hat die piezoelektrische Lage die Fasenabschnitte C und die Fasenabschnitte R, die bezüglich den Eckenabschnitten der Querschnittsform davon vorgesehen sind, und die darüber hinaus so konfiguriert sind, dass die vorbestimmten Beziehungen zwischen den Breiten zwischen den Fasenabschnitten C und den Fasenabschnitten R beziehungsweise den minimalen Breiten von Seite zu Seite eingerichtet sind.

Falls die Breite des Fasenabschnittes C und die Breite des Fasenabschnittes R eng sind (wenn nämlich Y/X groß ist oder wenn Z/X groß ist), dann ist im Allgemeinen ein Verformungsbetrag, um den sich die piezoelektrischen Lagen in der Querschnittsrichtung zusammenziehen, wenn sie versetzt werden, an den Eckenabschnitten groß, und die innere Spannung erhöht sich. Falls im Gegensatz dazu die Breite des Fasenabschnittes C und die Breite des Fasenabschnittes R groß sind (falls nämlich Y/X klein ist oder falls Z/X klein ist), wenn die Seiten der Fasenabschnitte und die Kantenseitenabschnitte umgekehrt sind, dann ist im Gegensatz dazu dieser Fall außerhalb des Umfanges der Ansprüche der Erfindung.

Folglich kann die innere Spannung bis zu einem Maß unterdrückt werden, bei dem die piezoelektrischen Lagen nicht zerstört werden, indem angemessene Breiten für die Fasenabschnitte C und R ausgewählt werden.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein gestapeltes piezoelektrisches Element vorgesehen, mit piezoelektrischen Lagen und Innenelektrodenlagen, die abwechselnd gestapelt sind, wobei die Innenelektrodenlagen freiliegende Elektrodenabschnitte aufweisen, die an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes so freiliegen, dass sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden verbindbar sind, und die freiliegenden Elektrodenabschnitte ändern ihre dazugehörigen Außenelektroden für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage ausgebildet ist, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist, wobei die piezoelektrische Lage einen aktiven Abschnitt aufweist, der in der Stapelrichtung durch die Innenelektrodenlagen mit unterschiedlichen Potenzialen eingeklemmt ist, so dass er versetzt wird, und einen inaktiven Abschnitt aufweist, der mit der Innenelektrodenlage ausschließlich von einer Richtung in Kontakt ist, so dass er nicht versetzt wird, und wobei eine Beziehung 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,31 zwischen einer minimalen Breite m von Seite zu Seite an dem aktiven Abschnitt und einer maximalen Breite β des aktiven Abschnittes eingerichtet ist.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist die Innenelektrodenlage dadurch ausgebildet, dass der Nicht-Pol-Abschnitt teilweise vorgesehen wird, der jener Bereich ist, der von den Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes bezüglich der piezoelektrischen Lage des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist. Somit hat die piezoelektrische Lage den aktiven Abschnitt, der in der Stapelrichtung durch die Innenelektrodenlagen eingeklemmt ist, so dass er versetzt wird, und den inaktiven Abschnitt, der mit dem Nicht-Pol-Abschnitt in Kontakt ist, damit er nicht versetzt wird.

Somit kann die Rissbildung durch das Einrichten der vorbestimmten Beziehung zwischen der minimalen Breite von Seite zu Seite und der maximalen Breite des aktiven Abschnittes erschwert werden.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein gestapeltes piezoelektrisches Element vorgesehen, mit piezoelektrischen Lagen und Innenelektrodenlagen, die abwechselnd gestapelt sind, wobei die Innenelektrodenlagen freiliegende Elektrodenabschnitte aufweisen, die an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes freiliegen, so dass sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden verbindbar sind, und wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörigen Außenelektroden für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage ausgebildet ist, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist, und wobei Wa > Wb gilt unter der Annahme, dass eine Gesamtzahl der gestapelten piezoelektrischen Lagen des gestapelten piezoelektrischen Elementes α ist, die dann versetzt werden, wenn sie angetrieben werden, und dass ein Wert α0 ist, der daraus resultiert, wenn ein Dezimalteil von 0,1 × α aufgerundet wird, um so eine ganze Zahl zu bilden, falls die Breite der Nicht-Pol-Abschnitte an den Grenzebenen von gestapelten Lagen Wa ist, die jeweils zwischen den piezoelektrischen Lagen ausgebildet sind, welche als die erste bis α0-te piezoelektrische Lage von zumindest einer Endseite in der Stapelrichtung ausgebildet sind, und falls die Breite des Nicht-Pol-Abschnittes an einer Grenzebene Wb ist, die zwischen den mittleren piezoelektrischen Lagen in der Startrichtung ausgebildet ist.

Hierbei ist ein Wert α0, der daraus resultiert, wenn α durch 10 dividiert wird und die Anzahl der Dezimalstellen des Quotienten aufgerundet werden. Falls nämlich α = 10 gilt, dann gilt α0 = 1, falls nämlich α = 25 gilt, dann gilt α0 = 3, und falls nämlich α = 31 gilt, dann gilt α0 = 4. Folglich meint „1 bis α0 Lagen", dass die piezoelektrischen Lagen des gestapelten piezoelektrischen Elementes, die versetzt werden, von der Endseite zu der Lage α0 in der Stapelrichtung gezählt werden, und dass die Breite der Nicht-Pol-Abschnitte an den Grenzebenen von gestapelten Lagen, die zwischen den piezoelektrischen Lagen bis zu dieser Lage α0 ausgebildet sind, Wa beträgt.

Zusätzlich meint „zwischen den mittleren piezoelektrischen Lagen in der Stapelrichtung", dass die Breite des Nicht-Pol-Abschnittes zwischen den piezoelektrischen Lagen Wb beträgt, die zwischen den beiden mittleren piezoelektrischen Lagen in der Stapelrichtung ausgebildet sind, falls die Gesamtzahl der gestapelten piezoelektrischen Lagen, die versetzt werden, eine gradzahlige Anzahl ist, wohingegen die Breite des Nicht-Pol-Abschnittes zwischen den piezoelektrischen Lagen Wb ist, die zwischen der einzigen mittleren piezoelektrischen Lage in der Stapelrichtung und der angrenzenden piezoelektrischen Lagen ausgebildet sind, falls die Gesamtzahl der gestapelten piezoelektrischen Lagen, die versetzt werden, eine ungerade Zahl ist.

Wenn sich das Volumen eines Bereiches, das ausschließlich durch die piezoelektrischen Lagen ohne der Einwirkung der Innenelektroden in der Nähe der Seitenfläche gebildet ist, von der ersten bis zu der Lage α0 vergrößert wird, dann kann somit die Festigkeit von diesem Teil erhöht werden, und die Rissbildung aufgrund einer inneren Spannung wird erschwert, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird.

Somit können gemäß dem ersten bis vierten Aspekt der Erfindung die gestapelten piezoelektrischen Elemente vorgesehen werden, bei denen kaum Risse erzeugt werden, wenn sie angetrieben werden, und die eine verbesserte Haltbarkeit bieten können.

Die vorliegende Erfindung wird aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
1 zeigt eine erläuternde Querschnittsansicht entlang einer Stapelrichtung eines gestapelten piezoelektrischen Elementes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt eine erläuternde Querschnittsansicht entlang der Stapelrichtung eines Hauptabschnittes des gestapelten piezoelektrischen Elementes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3A, 3B zeigen Draufsichten jeweils der Formen der Elektrodenabschnitte und der Nicht-Pol-Abschnitte gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die aus Grenzebenen von gestapelten Lagen an Querschnitten bei Betrachtung in Richtungen resultieren, die durch Pfeile A-A und Pfeile B-B in der 1 angegeben sind,
4 zeigt eine Draufsicht der Form eines aktiven Abschnittes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei Betrachtung in der Stapelrichtung,
5 zeigt eine erläuternden Ansicht einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Y in einem Fasenabschnitt C gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
6 zeigt eine erläuternde Ansicht einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Y in einem Fasenabschnitt C bei einer rechteckigen piezoelektrischen Lage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
7 zeigt eine erläuternde Querschnittsansicht des Aufbaus einer Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
8 zeigt eine erläuternde Querschnittsansicht eines gestapelten piezoelektrischen Elementes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang einer Stapelrichtung des gestapelten piezoelektrischen Elementes,
9A, 9B zeigen erläuternde Ansichten jeweils der Breite Wa eines Nicht-Pol-Abschnittes bei einem Querschnitt bei Betrachtung in eine Richtung, die durch Pfeile C-C angegeben ist, und der Breite Wb eines Nicht-Pol-Abschnittes in einem Querschnitt bei Betrachtung in eine Richtung, die durch Pfeile D-D angegeben ist, und zwar gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
10 zeigt eine erläuternde Ansicht einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Z in einem Fasenabschnitt R gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
11 zeigt eine erläuternde Ansicht von Dicken t0, t1 eines Modells einer piezoelektrischen Lage und einer piezoelektrischen Lage gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
12A, 12B zeigen erläuternde Ansichten von Breiten W1 von Nicht-Pol-Abschnitten, die Eckenabschnitten zugewandt sind, und von Breiten W2 von Nicht-Pol-Abschnitten, die Kantenseitenabschnitten zugewandt sind, und zwar an Grenzebenen von gestapelten Lagen gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
13A, 13B zeigen Draufsichten der Formen von Elektrodenabschnitten und Nicht-Pol-Abschnitten an Grenzebenen von gestapelten Lagen gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
14 zeigt eine Draufsicht der Form eines aktiven Abschnittes gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel bei Betrachtung von der Grenzebene von gestapelten Lagen,
15A, 15B zeigen Draufsichten der Formen von Elektrodenabschnitten und Nicht-Pol-Abschnitten an Grenzebenen von gestapelten Lagen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel,
16 zeigt eine Draufsicht der Form eines aktiven Abschnittes bei Betrachtung von der Grenzebene von gestapelten Lagen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel,
17A, 17B zeigen Draufsichten der Formen von Elektrodenabschnitten und Nicht-Pol-Abschnitten an Grenzebenen von gestapelten Lagen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel,
18 zeigt eine Draufsicht der Form eines aktiven Abschnittes bei Betrachtung von der Grenzebene von gestapelten Lagen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel,
19A, 19B zeigen Draufsichten der Formen von Elektrodenabschnitten und Nicht-Pol-Abschnitten an Grenzebenen von gestapelten Lagen,
20 zeigt eine Draufsicht der Form eines aktiven Abschnittes bei Betrachtung von der Grenzebene von gestapelten Lagen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel,
21A, 21B zeigen Draufsichten der Formen von Elektrodenabschnitten und Nicht-Pol-Abschnitten an Grenzebenen von gestapelten Lagen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel,
22 zeigt eine Draufsicht der Formen eines aktiven Abschnittes bei Betrachtung von der Grenzebene von gestapelten Lagen,
23A, 23B zeigen Draufsichten der Formen von Elektrodenabschnitten und Nicht-Pol-Abschnitten an Grenzebenen von gestapelten Lagen gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
24 zeigt eine Draufsicht der Form eines aktiven Abschnittes bei Betrachtung von der Grenzebene von gestapelten Lagen, und
25 zeigte eine erläuternde Querschnittsansicht eines gestapelten piezoelektrischen Elementes gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang einer Stapelrichtung des gestapelten piezoelektrischen Elementes.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Wie dies in den 1 bis 6 gezeigt ist, ist dieses Ausführungsbeispiel ein gestapeltes piezoelektrisches Element 1, bei dem piezoelektrische Lagen 151 und Innenelektrodenlagen 153, 154 abwechselnd gestapelt sind.
Die Innenelektrodenlagen 153, 154 haben freiliegende Elektrodenabschnitte 211, 231, die an Seitenflächen 11 des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1 freiliegen und die freiliegenden Elektrodenabschnitte 211, 231 sind mit einer entsprechenden Außenelektrode eines Paares Außenelektroden 195, 196 verbunden, und die freiliegenden Elektrodenabschnitte 211, 231 ändern ihre dazugehörige Außenelektrode 195, 196 abwechselnd hinsichtlich ihres Kontaktes.
Zusätzlich sind Nicht-Pol-Abschnitte 22, 24, bei denen keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlagen 153, 154 ausgebildet, wobei die Nicht-Pol-Abschnitte jeweils ein Bereich sind, der von den Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1 nach innen angeordnet ist.
Dann ist die Querschnittsform der piezoelektrischen Lage 151 in einer Querschnittsrichtung, die eine Stapelrichtung oder eine Richtung, in der die Lagen gestapelt sind, in rechten Winkeln schneidet, ein Polygon mit einer gradzahligen Seitenzahl und Fasenabschnitten C, die an Eckenabschnitten vorgesehen sind.
Wie dies in der 5 gezeigt ist, ist dann eine Beziehung 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,24 zwischen einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Y der Querschnittsform bei den Fasenabschnitten C eingerichtet.
Das gestapelte piezoelektrische Element 1 von dem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
Sie dies in den 1, 2 gezeigt ist, besteht das gestapelte piezoelektrische Element 1 aus einer Einheit eines gestapelten Körpers 12 mit zwanzig piezoelektrischen Elementeinheiten 15, die aneinander gestapelte sind. Das Bezugszeichen 120 bezeichnet eine angrenzende Ebene, bei der die angrenzenden piezoelektrischen Elementeinheiten 15 miteinander in Kontakt gelangen.
Die piezoelektrische Elementeinheit 15 hat die piezoelektrischen Lagen 150, die aus PZT (= Bleizirkonattitanat) ausgebildet sind, und die Innenelektrodenlagen 153, 154, die aus Ag und Pd ausgebildet sind, die abwechselnd gestapelte sind. Auch wenn dies nicht im Einzelnen gezeigt ist, beträgt zur Vereinfachung bei der Vorbereitung der Zeichnungen die Anzahl der piezoelektrischen Lagen 151 bei jeder piezoelektrischen Elementeinheit 15, die dann versetzt werden, wenn sie angetrieben werden, zwanzig, und die piezoelektrischen Lagen 151, die sich an Endseiten der jeweiligen piezoelektrischen Elementeinheit 15 befinden, sind piezoelektrische Blindlagen, die an den Innenelektrodenlagen 153, 154 nur an einer Seite davon anliegen und die nicht versetzt werden.
Die Außenelektroden 195, 196, die mit externen Leistungsquellen (nicht gezeigt) mit unterschiedlichen Potenzialen verbunden sind, sind an Seitenflächen 11 der piezoelektrischen Elementeinheit 15 so gefügt, dass die piezoelektrische Elementeinheit 15 eingeklemmt ist, und die Innenelektrodenlagen 153, 154 sind mit den Außenelektroden 195, 196 in der Stapelrichtung an den Seitenflächen 11 der piezoelektrischen Elementeinheit 15 abwechselnd elektrisch verbunden. Folglich sind bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 1 zwei angrenzende Innenelektrodenlagen 153, 154, die die piezoelektrische Lage 151 einklemmen, mit jenen Elektroden verbunden, deren Potenziale sich voneinander unterscheiden.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, hat das gestapelte piezoelektrische Element 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich Verbindungselemente 145, die aus Aluminiumoxid ausgebildet sind, die an den äußersten Endseiten des Körpers 12 der gestapelten Einheiten in der Stapelrichtung davon angeordnet sind. Dann sind eine Puffereinheit 13 und eine Blindeinheit 14, die jeweils einen kleineren Versetzungsbetrag als die piezoelektrische Elementeneinheit 15 aufweisen, zwischen dem Körper 12 der gestapelten Einheit und dem Verbindungselement 145 angeordnet.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, hat die Puffereinheit 13 piezoelektrische Lagen 131, die aus PZT ausgebildet sind, und Innenelektrodenlagen 133, 134, die aus Pd und Ag ausgebildet sind, die abwechselnd gestapelt sind.
Die Dicke der piezoelektrischen Lagen 131 in der Puffereinheit 13 ist im Wesentlichen gleich wie bei den piezoelektrischen Lagen 151 in der piezoelektrischen Elementeneinheit 15 an einer Seite der Puffereinheit 13, die dem Körper 12 der gestapelten Einheiten zugewandt ist, wohingegen die Dicke der gleichen Lagen größer als jene der gleichen Einheit an einer Seite davon ist, die dem Verbindungselement 145 zugewandt ist.
Wie bei der piezoelektrischen Elementeneinheit 15 klemmen zusätzlich die Außenelektroden 195, 196 Seitenflächen der Puffereinheit 13 ein und verbinden diese jeweils mit den entsprechenden Innenelektrodenlagen 133, 134.
Während die Blindeinheit 14 gestapelte piezoelektrische Lagen 140 aufweist, die aus PZT ausgebildet sind, hat zusätzlich die Blindeinheit 14 keine Innenelektrodenlage und ist nicht durch Außenelektroden 195, 196 an deren Seitenflächen eingeklemmt. Folglich wird die Blindeinheit 14 nicht versetzt, wenn die gestapelte piezoelektrische Einheit 1 angetrieben wird.
Als nächstes werden die Formen der piezoelektrischen Lagen 151 und der Innenelektrodenlagen 153, 154 gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie dies in der 2 gezeigt ist, hat eine Grenzebene 150 von gestapelten Lagen zwischen zwei piezoelektrischen Lagen 150 bei der piezoelektrischen Elementeneinheit 15 einen Elektrodenabschnitt 21, 23, wie dies in der 3 gezeigt ist, bei dem die Innenelektrodenlage 153, 154 vorhanden ist, und einen Nicht-Pol-Abschnitt 22, 24, bei dem keine Innenelektrodenlage 153, 154 vorhanden ist, und der Elektrodenabschnitt 21, 23 hat einen freiliegenden Elektrodenabschnitt 211, 231, der zu der Seitenfläche 11 des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1 freiliegt, um so eine elektrische Leitung mit der Außenelektrode 195, 196 einzurichten.
Wie dies in der 5 gezeigt ist, ist die Querschnittsform der piezoelektrischen Lage 151 ein Quadrat mit vier Eckenabschnitten 251 bis 254 und Seiten 261 bis 264, die jeweils zwischen den Eckenabschnitten angeordnet sind, und ein Fasenabschnitt C ist an jedem Eckenabschnitt 251 bis 254 vorgesehen.
Das Fasen wird an Schnittebenen implementiert, die eine normale zu einer diagonalen G2 sind, welche durch Scheitel P1 bis P4 der vier Eckenabschnitte 251 bis 254 und den Massenschwerpunkt G hindurch tritt, wodurch ein Fasenabschnitt C erzeugt wird.
Eine minimale Breite X von Seite zu Seite der Querschnittsform der piezoelektrischen Lage 151 ist ein minimaler Wert von Werten, die daraus resultieren, wenn der Abstand zwischen zwei entgegen gesetzten Seiten entlang einer Geraden G1 gemessen wird, die durch den Massenschwerpunkt G hindurch tritt. Die maximale Breite Y in dem Fasenabschnitt C ist ein minimaler Wert eines Abstandes zwischen zwei entgegen gesetzten Eckenabschnitten (251 und 253, 252 und 254) entlang der Geraden G2, die durch den Massenschwerpunkt G hindurch tritt.
Es ist zu beachten, dass die Eckenabschnitte 251 bis 254 die Eckenabschnitte des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1 bilden, und dass die Seiten 261 bis 264 die Kantenseitenabschnitte bilden.
Der in der 3A gezeigte Elektrodenabschnitt 21 ist mit einer Form ausgebildet, die durch Zusammenfügen einer ähnlichen Form der Kontur der piezoelektrischen Lage 151 und eines rechteckigen Abschnittes gebildet wird, der zu der Seite 264 vorsteht, an der die Außenelektrode 196 vorgesehen ist. Der gesamte Umfang des Elektrodenabschnittes 21 außer des Abschnittes, an dem der rechteckige Abschnitt ausgebildet ist, bildet den Nicht-Pol-Abschnitt 22.
Die Form des Elektrodenabschnittes 23 folgt der äußeren Form der piezoelektrischen Lage 151 bis zu mittleren Punkten an den Seiten 261, 263 und der verbleibende Abschnitt der Form davon ist um eine Größe kleiner als die äußere Form der piezoelektrischen Lage 151 ausgebildet. Jener Abschnitt, der kleiner als die piezoelektrische Lage 151 ausgebildet ist, bildet den Nicht-Pol-Abschnitt 24.
Jedoch muss die Form der Winkelabschnitte, die den Eckenabschnitten der Elektrodenabschnitte 21 und 23 zugewandt sind, nicht eine gleiche Form wie die äußere Form aufweisen, sondern sie kann mit einer Fase R versehen sein.
In der 4 ist ein Zustand gezeigt, bei dem der Elektrodenabschnitt 21 und der Elektrodenabschnitt 23 an der gleichen Ebene vorstehen, und ein schraffierter Bereich bezeichnet darin einen aktiven Abschnitt 101 der piezoelektrischen Lage 151, die durch die Innenelektrodenlagen 153, 154 vertikal eingeklemmt ist, wie dies in der 2 gezeigt ist, so dass diese versetzt wird, wenn das gestapelte piezoelektrische Element 1 angetrieben wird. Der verbleibende Bereich bildet einen inaktiven Bereich 102, der nicht versetzt wird, wenn das gestartete piezoelektrische Element 1 angetrieben wird.
Wie dies aus der 4 ersichtlich ist, liegt der aktive Abschnitt 101 bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 1 von diesem Ausführungsbeispiel nicht an der Seitenfläche 11 des aktiven Abschnittes 10 frei und wird durch den inaktiven Abschnitt 102 umgeben.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1 beschrieben.
Das gestapelte piezoelektrische Element 1 von diesem Ausführungsbeispiel kann unter Verwendung des Rohblech-Verfahrens hergestellt werden, das weit verbreitet ist. Ein Rohblech wird folgendermaßen vorbereitet.
Es werden nämlich Pulver aus Bleioxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Nioboxid und Strontiumkarbonat, die die Hauptmaterialien für eine piezoelektrische Keramik bilden, auf ein stöchiometrisches Verhältnis für einen Zusammensetzung für eine piezoelektrische Keramik abgewogen. Dabei wird das Wiegen so implementiert, dass das Blei um 1 bis 2% Gewichtsprozent hinsichtlich der Verdampfung von Blei fetter ist. Die Materialien werden in einem Mischer nass gemischt und die so gemischten Materialien werden dann vorübergehend bei 800 bis 950°C gebrannt, um ein vorübergehend gebranntes Pulver zu erhalten.
Als nächstes werden deionisiertes Wasser und ein Dispersionsmittel dem vorübergehend gebrannten Pulver zugefügt, um einen Schlamm zu erhalten, und der so erhaltene Schlamm wird durch eine mittlere Rührmühle nass gemahlen. Die gemahlene Substanz wird dann getrocknet und entfettet, und danach werden ein Lösungsmittel, ein Bindemittel, ein Weichmacher und ein Dispersionsmittel zum Mischen durch eine Kugelmühle dem hinzugefügt. Danach werden ein Entschaumen und eine Viskositätseinstellung durchgeführt, während der Schlamm durch eine Rührmaschine in einem Vakuumgerät gerührt wird.
Als nächstes wird ein Rohblech mit einer bestimmten Dicke aus dem Schlamm durch eine Rakelvorrichtung geformt. Das so geformte Grünblech wird dann durch eine Pressmaschine geprägt oder durch eine Schneidmaschine geschnitten, wodurch ein rechteckiger Körper mit einer vorbestimmten Größe geformt wird.
Als nächstes wird zum Beispiel ein Muster auf der Fläche an einer Seite des so geformten Rohbleches durch einen Siebdruckvorgang unter Verwendung einer Paste ausgebildet, die aus Silber und Palladium bei einem Mischverhältnis von Silber/Palladium = 7/3 gebildet ist (nachfolgend als eine Ag/Pd-Paste bezeichnet).
Die in den 3A, 3B gezeigten Muster wurden aus der Ag/Pd-Paste an den Flächen des Rohbleches ausgebildet. Diese sind gedruckte Abschnitte für Innenelektrodenlagen 153 (154).
Eine vorbestimmte Anzahl Rohbleche, an denen gedruckte Muster für die Innenelektrodenabschnitte 153 (154) ausgebildet sind, wurden zum Prägen auf der Grundlage einer geforderten Spezifikation für Versetzungsbeträge des Körpers 12 der gestapelten Einheiten und der Puffereinheit 13 vorbereitet. Zusätzlich wurde eine erforderliche Anzahl Rohbleche ebenso vorbereitet, an denen keine Innenelektrodenlage 153 (154) ausgebildet ist.
Als nächstes wurden diese Rohbleche so gestapelt, dass die in der 1 gezeigte piezoelektrische Elementeneinheit 15 erhalten wurde.
Somit wurden die Rohbleche, an denen die gedruckten Abschnitte für die Innenelektrodenlagen 153 (154) ausgebildet wurden, aneinander gestapelt, und darüber hinaus wurden die Rohbleche, an denen die gedruckten Abschnitte nicht ausgebildet sind, an dem oberen Abschnitt und dem Boden der so ausgebildeten piezoelektrischen Elementeneinheit 15 gestapelt, um dadurch einen gestapelten Körper vorzubereiten.
Als nächstes wurde der gestapelte Körper erwärmt und geschmiedet, und er wurde bei einer Temperatur von 400 bis 700°C in einem elektrischen Ofen entfettet, er wurde dann bei einer Temperatur von 900 bis 1200°C gebrannt und er wurde zu einer gewünschten Form geschliffen. Während des Schleifens wurden die Eckenabschnitte C mit einer Fase versehen, wie dies vorstehend beschrieben ist.
Bei diesen Prozessen wurden die Rohbleche zu den piezoelektrischen Lagen 151 geschaffen, und die piezoelektrische Elementeneinheit 15 wurde erhalten, bei der die piezoelektrischen Lagen 151 und die Innenelektrodenlagen 153, 154 abwechselnd gestapelt wurden. Diese piezoelektrische Elementeneinheit 15 hat zwanzig piezoelektrische Lagen, die während des Antriebs versetzt werden.
Somit wurden zwanzig piezoelektrische Elementeneinheiten 15 vorbereitet.
Als nächstes wurde ein gestapelter Körper für die Puffereinheit dadurch vorbereitet, dass neunzehn Rohbleche gestapelt wurden, an denen gedruckte Abschnitte für Innenelektrodenlagen ausgebildet sind, die so gestapelten Rohbleche sind ähnlich zu jenen, die dann vorbereitet wurden, als die piezoelektrische Elementeinheit 15 vorbereitet wurde. Bei diesem gestapelten Körper für die Puffereinheit wurden Rohbleche, an denen Innenelektrodenlagen nicht ausgebildet sind, für zwei Lagen an einer Seite angeordnet, die die Seite des Verbindungselementes bildet, nachdem das gestapelte piezoelektrische Element gefertigt wurden, so dass die Dicke des gestapelten piezoelektrischen Elementes an der Seite des Verbindungselementes doppelt so groß wie die piezoelektrische Lage der piezoelektrische Elementeneinheit 15 ist. Zusätzlich wurde ein Rohblech, an dem keine Innenelektrodenlage ausgebildet ist, des Weiteren an einer äußersten Seite an der Seite des Verbindungselementes gestapelt.
Danach wurde der gestapelte Körper für eine Puffereinheit wie im Falle bei der Herstellung der piezoelektrischen Elementeneinheit erwärmt und geschmiedet, entfettet, gebrannt, und er wurde danach zu einer gewünschten Form geschliffen, wodurch eine Puffereinheit vorbereitet wurde. Während des Schleifvorganges wurden die Eckenabschnitte C mit einer Fase versehen.
Als nächstes wurden zwanzig Rohbleche, an denen gedruckte Abschnitte für Innenelektrodenlagen nicht ausgebildet sind, aneinander gestapelt, wodurch ein gestapelter Körper für eine Blindeinheit vorbereitet wurde. Dann wurde wie im Falle der Herstellung der piezoelektrischen Elementeneinheit der gestapelte Körper für die Blindeinheit erwärmt und geschmiedet, entfettet, gebrannt, und danach wurde er zu einer gewünschten Form geschliffen, wodurch eine Blindeinheit 14 vorbereitet wurde. Während dieses Schleifvorganges wurden die Eckenabschnitte C mit einer Fase versehen.
Zusätzlich wurde das Verbindungselement 145 dadurch vorbereitet, dass ein gesinterter Körperblock aus Aluminiumoxid zu einer gewünschten Form verarbeitet wurde.
Als Nächstes wurden die piezoelektrische Elementeneinheit 15, die Puffereinheiten 13, die Blindeinheiten 14 und die Verbindungselemente 145, die so vorbereitet wurden, aneinander gestapelt.
Genauer gesagt wurden zunächst Außenelektroden 195, 196 aus Ag derart ausgebildet, dass Seitenflächen der piezoelektrischen Elementeneinheiten 15 und der Puffereinheiten 13 eingeklemmt wurden.
Die Außenelektrode 195 wurde an den piezoelektrischen Elementeneinheiten 15 und den Puffereinheiten 13 an jenen Positionen ausgebildet, bei denen die Innenelektrodenlagen 153 oder die Innenelektrodenlagen 253 von einem der Pole so freiliegen, dass eine elektrische Verbindung zwischen den verschiedenen Innenelektrodenlagen 153 oder Innenelektrodenlagen 253 eingerichtet ist.
Die Außenelektrode 196 wurde an Positionen ausgebildet, an denen die Innenelektrodenlagen 154 oder die Innenelektrodenlagen 254 von dem anderen Pol so freiliegen, dass eine elektrische Verbindung zwischen den verschiedenen Innenelektrodenlagen 154 oder den Innenelektrodenlagen 254 eingerichtet ist.
Danach wurde eine Gleichspannung von den Außenelektroden 195, 196 auf die Innenelektrodenlagen 153, 154 der piezoelektrischen Elementeneinheiten 15 und den Innenelektrodenlagen 133, 134 der Puffereinheiten 13 aufgebracht, an denen die Außenelektroden 195, 196 ausgebildet sind, so dass eine Polarisation implementiert wurde.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, wurden als Nächstes 20 piezoelektrische Elementeneinheiten 15, die polarisiert wurden, aneinander an Fügeebenen 155 gestapelt, und die Puffereinheiten 13 wurden an Enden des gestapelten piezoelektrischen Körpers der so gestapelten piezoelektrischen Elementeneinheiten 15 gestapelt. Dann wurden die Blindeinheiten 14 an Enden der Puffereinheiten 13 entsprechend gestapelt, und darüber hinaus wurden die Verbindungselemente 145 an Enden der Blindeinheiten 145 entsprechend gestapelt.
Somit wurde ein gestapeltes piezoelektrisches Element 1 erhalten, wie dies in der 1 gezeigt ist.
Als Nächstes wurden zehn gestapelte piezoelektrische Elemente, bei denen sich Y und X jeweils unterscheiden, für jede der vier achten vorbereitet, so dass die Rissbildung gemessen wurde, wenn die so vorbereiteten gestapelten piezoelektrischen Elemente angetrieben wurden.
Wie dies in der Tabelle 1 gezeigt ist, wurden zehn Elemente mit unterschiedlichem Y/X für jede Art vorbereitet, und 150V wurden durch eine Positivspannungsquelle darauf aufgebracht, bei denen keine negative Spannung aufgebracht wurde. Dann wurde die Rissbildung aus dem äußeren Erscheinungsbild extern und durch Schneiden der Elemente im Querschnitt intern verifiziert, nachdem die Elemente einem Dauerbetrieb 2 × 10⁸ mal bei der Normaltemperatur ausgesetzt wurden.
(Tabelle 1)
Gemäß der Tabelle 1 wurden Risse erzeugt, wenn Y/X größer als 1,24 ist, wenn aber Y/X gleich oder kleiner als 1,24 ist, dann wurden keine Risse gebildet.
Die Funktion und die Vorteile des Ausführungsbeispiels werden beschrieben.
Bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Fasenabschnitte C an den Eckenabschnitten der piezoelektrischen Lage 151 so ausgebildet, dass deren Breite die folgende Beziehung erfüllt 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,24.
Falls die Breite des Fasenabschnittes C eng ist, dann erhöht sich im Allgemeinen an den Eckenabschnitten der Verformungsbetrag, durch den sich die piezoelektrische Lage in der Querschnittsrichtung zusammenzieht, wenn diese versetzt wird, und die innere Spannung wird erhöht. Folglich kann durch geeignetes Auswählen der Breite des Fasenabschnittes C die innere Spannung auf ein Maß unterdrückt werden, das die piezoelektrischen Lagen 151 nicht zerstört werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird somit die Rissbildung erschwert, wenn das gestapelte piezoelektrische Element 1 angetrieben wird, wodurch das gestapelte piezoelektrische Element mit einer besseren Haltbarkeit vorgesehen werden kann.
Wie dies in der 6 gezeigt ist, kann die Querschnittsform der piezoelektrischen Lage zusätzlich rechteckig sein, und jeder Eckenabschnitt C kann mit einer Fase versehen sein. Zusätzlich können sich die Größe, die Neigung und die Breite von jedem Fasenabschnitt C unterscheiden.
Falls die Breite der Fasenabschnitte C unterschiedlich ist, dann kann die vorstehend beschriebene Bedingung hinsichtlich Y/X nur für die Breiten von allen Fasenabschnitten C eingerichtet werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung, in der das gestapelte piezoelektrische Element gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als eine Antriebsquelle für die Einspritzvorrichtung eingebaut ist.
Wie dies in der 7 gezeigt ist, wird eine Einspritzvorrichtung 5 bei einem Common-Rail-Einspritzsystem für eine Dieselkraftmaschine verwendet. Wie dies in derselben Zeichnung gezeigt ist, hat diese Einspritzvorrichtung 5 ein oberes Gehäuse 52, in dem das gestapelte piezoelektrische Element 1 als ein Antriebsabschnitt untergebracht ist, und ein unteres Gehäuse 53, das an einem unteren Ende des oberen Gehäuses 52 befestigt ist und in dem ein Einspritzdüsenabschnitt 54 ausgebildet ist.
Das obere Gehäuse 52 ist im Wesentlichen mit einer zylindrischen Form ausgebildet, und das gestapelte piezoelektrische Element 1 ist eine vertikale Bohrung 521 so eingefügt, dass es darin befestigt ist, wobei die vertikale Bohrung 521 exzentrisch hinsichtlich einer Mittelachse der Einspritzvorrichtung 5 ist. Ein Hochdruckkraftstoffkanal 522 ist entlang einer Seite der vertikalen Bohrung 521 so vorgesehen, dass er sich parallel zu dieser erstreckt, und ein oberer Endabschnitt des Hochdruckkraftstoffkanals 522 ist mit einer externen Common-Rail (nicht gezeigt) durch ein Kraftstoffeinführungsrohr 523 in Verbindung, das von einem Oberseitenabschnitt des oberen Gehäuses 52 vorsteht.
Ein Kraftstoffauslassrohr 525, das mit einem Ablasskanal 524 in Verbindung ist, steht außerdem von dem Oberseitenabschnitt des oberen Gehäuses 52 vor, wodurch Kraftstoff, der aus dem Kraftstoffauslassrohr 525 strömt, zu einem Kraftstoffbehälter (nicht gezeigt) zurückkehrt. Der Ablasskanal 524 ist mit einem Drei-Wege-Ventil 951 in Verbindung, das später beschrieben wird, und zwar durch einen Spalt 50, der zwischen der vertikalen Bohrung 521 und dem Antriebsabschnitt (den gestapelten piezoelektrischen Element) 1 über einen nicht gezeigten Kanal ausgebildet ist, der sich durch das obere und das untere Gehäuse 52, 53 von dem Spalt 50 nach unten erstreckt.
Der Einspritzdüsenabschnitt 54 hat eine Düsennadel 541, die in vertikalen Richtungen innerhalb eines Kolbenkörpers 531 gleitet, und ein Einspritzloch 543, das durch die Düsennadel 541 geöffnet und geschlossen wird und das in den entsprechenden Zylinder Kraftstoff unter hohem Druck einspritzt, der von einem Kraftstoffreservoir oder Schacht 542 zugeführt wird. Das Kraftstoffreservoir 542 ist um einen mittleren Abschnitt der Düsennadel 541 vorgesehen, und ein unterer Endabschnitt des Hochdruckkraftstoffkanals 522 mündet zu diesem Kraftstoffreservoir 542. Die Düsennadel 541 nimmt einen Kraftstoffdruck in einer Ventilöffnungsrichtung von dem Kraftstoffreservoir 542 auf, und sie nimmt einen Kraftstoffdruck in einer Ventilschließrichtung von einer Staudruckkammer 544 auf, die so vorgesehen ist, dass sie einer oberen Endseite der Drüsennadel 541 zugewandt ist, wodurch die Düsennadel 541 angehoben wird, falls der Druck in der Staudruckkammer 544 verringert wird, so dass das Einspritzloch 543 geöffnet wird, wodurch Kraftstoff eingespritzt wird.
Der Druck der Staudruckkammer 544 ändert sich durch das Drei-Wege-Ventil 551. Das Drei-Wege-Ventil 551 ist so aufgebaut, dass es wahlweise mit der Staudruckkammer 544 und dem Hochdruckkanal 522 oder dem Ablasskanal 524 in Verbindung ist. Hierbei hat das Drei-Wege-Ventil 551 ein kugelartiges Ventilelement, das einen Anschluss öffnet oder schließt, der mit dem Hochdruckkraftstoffkanal 522 oder dem Ablasskanal 524 in Verbindung ist.
Dieses Ventilelement wird durch das gestapelte piezoelektrische Element 1 über einen Kolben 552 mit großem Durchmesser, der unter dem gestapelten piezoelektrischen Element 1 angeordnet ist, einer Hydraulikkammer 553 und einen Kolben 554 mit kleinem Durchmesser angetrieben.
Eine verbesserte Haltbarkeit kann dadurch erhalten werden, dass bei einer Einspritzvorrichtung von dieser Bauart das gestapelte piezoelektrische Element 1 vorgesehen wird, dass piezoelektrische Lagen mit Y/X gemäß den Mustern 1 bis 3 des ersten Ausführungsbeispiels aufweist.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Wie dies in der 8 gezeigt ist, bezieht sich dieses Ausführungsbeispiel auf ein gestapeltes piezoelektrisches Element 1, bei dem zwanzig piezoelektrische Lagen gestapelt sind, die dann versetzt werden, wenn das piezoelektrische Element 1 angetrieben wird, und derartige Innenelektrodenlagen 153, 154 gemäß der 3 des ersten Ausführungsbeispiels sind zwischen den verschiedenen piezoelektrischen Lagen 151 vorgesehen.
Bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der piezoelektrischen Lagen 151, die dann versetzt werden, wenn das gestapelte piezoelektrische Element 1 angetrieben wird, nämlich die Gesamtzahl der so gestapelten piezoelektrischen Lagen α = 20. Folglich beträgt ein Wert α0 gleich 2, der daraus resultiert, wenn ein Dezimalteil von 0,1 × α aufgerundet wird, um so eine positive ganze Zahl zu bilden.
Bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 1 gemäß der 8 bezeichnen die Lagen 1 bis α0 von einer Endseite in einer Stapelrichtung Lagen (1), (2), (19) und (20).
Eine mittlere piezoelektrische Lage 151 in der Stapelrichtung bezeichnet Lagen (10), (11), die an der Mitte der Lagen (1) bis (20) angeordnet sind.
Dann beträgt die Breite von Nicht-Pol-Abschnitten 22, 24 an den Grenzebenen (100) von gestapelten Lagen zwischen den Lagen (1) und (2) sowie Lagen (19) und (20) Wa, und die Breite des Nicht-Pol-Abschnittes 24 an der Grenzebene (100) von gestapelten Lagen zwischen den Lagen (10) und (11) beträgt Wb.
Wie dies in den 9A, 9B gezeigt ist, sind die Breiten Wa, Wb der Nicht-Pol-Abschnitte Abstände entlang Linien, die dann gebildet werden, wenn Geraden GI und G3, die durch den Massenschwerpunkt G der piezoelektrischen Lage 151 hindurchtreten, sich mit den Nicht-Pol-Abschnitten 22, 24 an der Grenzebene von gestapelten Lagen schneiden.
Es ist zu beachten, dass die 9A einen Querschnitt bei Betrachtung in einer Richtung zeigt, die durch Pfeile C-C in der 8 angegeben ist, und die 9B zeigt eine Querschnittsansicht bei Betrachtung in einer Richtung, die durch Pfeile D-D in der 8 angegeben sind.
Bei dem gestapelten piezoelektrischen Element des Ausführungsbeispiels betragen Wa, Wb 0,6 mm bzw. 0,4 mm, und Wa ist größer als Wb.
Die Bildung von Rissen, wenn das gestapelte piezoelektrische Element 1 angetrieben wurde, wurde mit dem gleichen Verfahren wie dem ersten Ausführungsbeispiel gemessen, und es konnte verifiziert werden, dass keine Risse gebildet wurden.
Zum Vergleich wurde ein gestapeltes piezoelektrisches Element vorbereitet, bei dem Wa kleiner als Wb war, und die Rissbildung wurde ebenso an dem so vorbereiteten gestapelten piezoelektrischen Element untersucht, um zu verifizieren, dass Risse in der Nähe der piezoelektrischen Lagen 151, (1) und (19), (20) gebildet wurden.
Unter der Annahme, dass die Breiten der Nicht-Pol-Abschnitte 22, 24 an den Grenzebenen von gestapelten Lagen zwischen den piezoelektrischen Lagen 151 von 1 bis α0 an der Endseite des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1 in der Stapelrichtung Wa betragen, und dass die Breite des Nicht-Pol-Abschnittes 22 an der Grenzebene von gestapelten Lagen zwischen den mittleren piezoelektrischen Lagen 151 in der Stapelrichtung Wb beträgt, dann galt somit Wa > Wb, und es wurde herausgefunden, dass ein gestapeltes piezoelektrisches Element erhalten werden konnte, bei dem Risse nur schwer erzeugt wurden, wenn das gestapelte piezoelektrische Element 1 angetrieben wurde, und es hatte eine verbesserte Haltbarkeit, in dem das gestapelte piezoelektrische Element 1 auf der Grundlage dieser Beziehung aufgebaut wurde.
Es ist zu beachten, dass die Beziehung Wa > Wb nur für Wa, Wb für alle Nicht-Pol-Abschnitte 22, 24 an den piezoelektrischen Lagen 1 bis α0 von der Endseite des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1 in der Stapelrichtung eingerichtet sein muss, falls zum Beispiel α gleich 35 und α0 gleich 4 ist. Falls sich zusätzlich die Längen der Nicht-Pol-Abschnitte 22, 24 in Abhängigkeit von den Positionen unterscheiden (16, 18, die später beschrieben werden), dann muss die Beziehung Wa > Wb nur für den Nicht-Pol-Abschnitt eingerichtet sein, der eine maximale Länge an derselben Grenzebene von gestapelten Lagen aufweist.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Ein gestapeltes piezoelektrisches Element von diesem Ausführungsbeispiel hat den gleichen Aufbau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, aber es hat Fasenabschnitte R an Eckenabschnitten der piezoelektrischen Lagen.
Wie dies in der 10 gezeigt ist, ist die Querschnittsform einer piezoelektrischen Lage 151 quadratisch, und vier Ecken R 251 bis 254 davon sind so mit einer Fase versehen, dass Spitzen beseitigt werden.
Dann ist eine minimale Breite X von Seite zu Seite in der Querschnittsform der piezoelektrischen Lage 151 ein minimaler Wert aus Werten, die daraus resultieren, wenn eine Distanz zwischen zwei entgegengesetzten Seiten entlang einer Geraden P1 gemessen werden, die durch den Schwerpunkt hindurch tritt. Eine maximale Breite Z eines Fasenabschnittes R ist ein maximaler Wert eines Abstandes entlang einer Geraden P2, die durch den Schwerpunkt G zwischen zwei entgegengesetzten Eckenabschnitten hindurch tritt.
Die anderen Einzelheiten des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1 von diesem Ausführungsbeispiel sind in der gleichen Art und Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Als Nächstes wurden zehn gestapelte piezoelektrische Elemente, bei denen sich jeweils Z und X unterscheiden, für jede der vier Arten vorbereitet, so dass die Rissbildung gemessen wurde, als die gestapelten piezoelektrischen Elemente angetrieben wurden.
Wie dies in der Tabelle 2 gezeigt ist, wurden zehn Elemente mit unterschiedlichen Z/X für jede Art vorbereitet, und 150V wurde darauf über eine Positivspannungsquelle aufgebracht, bei der keine Negativspannung aufgebracht wurde. Dann wurde die Rissbildung aus dem äußeren Erscheinungsbild extern und durch Schneiden der Elemente im Querschnitt intern verifiziert, nachdem die Elemente einem Dauerbetrieb von 2 × 10⁸ Vorgängen ausgesetzt wurde.
(Tabelle 2)
Gemäß der Tabelle 2 wurden Risse gebildet, wenn Z/X größer als 1,27 ist, aber es wurden keine Risse gebildet, wenn Z/X gleich oder kleiner als 1,27 ist.
Die Funktion und die Vorteile des Ausführungsbeispiels werden beschrieben.
Bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Fasenabschnitte R an den Eckenabschnitten der Querschnittsform der piezoelektrischen Lage 151 so ausgebildet, dass die Breite der Fasenabschnitte R die folgende Beziehung erfüllt. 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,27.
Falls die Breite des Fasenabschnittes R eng ist, dann erhöht sich im Allgemeinen der Verformungsbetrag an den Eckenabschnitten, durch den die piezoelektrische Lage in der Querschnittsrichtung Kontakt hat, wenn sie versetzt wird, und die innere Spannung wird erhöht. Folglich kann die innere Spannung durch geeignetes Auswählen der Breite des Fasenabschnittes R auf ein derartiges Maß unterdrückt werden, dass die piezoelektrischen Lagen 151 nicht zerstört werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird somit die Rissbildung erschwert, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird, wodurch das gestapelte piezoelektrische Element mit einer verbesserten Haltbarkeit vorgesehen werden kann.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Ein gestapeltes piezoelektrisches Element gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist so aufgebaut, dass eine Anzahl von piezoelektrischen Elementeinheiten 15 gestapelt ist, und wie dies in der 11 gezeigt ist, sind Innenelektrodenlagen 153 und 154 sowie eine piezoelektrische Blindlage 159, die mit der Elektrodenlage ausschließlich von einer Seite in der Stapelrichtung in Kontakt ist und die nicht versetzt wird, an beiden Endseiten in der Stapelrichtung des gestapelten Körpers vorgesehen, der die gestapelten Elementeinheiten 15 bildet, und die Dicke der piezoelektrischen Bildlage 159 ist t1.
Eine minimale Dicke der piezoelektrischen Lagen 151, die mit den Innenelektrodenlagen 153, 154 von beiden Richtungen in der Stapelrichtung in Kontakt sind und die versetzt werden, ist t0.
Wie dies in den 12A, 12B gezeigt ist, ist die Dicke t1 der piezoelektrischen Blindlage 159 dann 0,12 mm, und die Dicke t0 der piezoelektrischen Lage 151 ist 0,08 mm, und somit gilt t1 > t0.
Hieraus wurde festgestellt, dass die Festigkeit der piezoelektrischen Blindlage erhöht werden kann und die Rissbildung aufgrund einer inneren Spannung erschwert wird, die dann erzeugt wird, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird, wenn das Volumen eines Bereiches, der ausschließlich durch die piezoelektrischen Lagen ohne dem Einfluss einer Innenelektrodenlage gebildet wird, an der piezoelektrischen Blindlage größer ist als an den anderen piezoelektrischen Lagen.
Die anderen Einzelheiten sind in ähnlicher Art und Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut.
Zusätzlich wird bei dem gestapelten piezoelektrischen Element ein ähnlicher Vorteil erzielt, dass piezoelektrische Lagen und Innenelektrodenlagen aufweist, die abwechselnd gemäß der 3 gestapelt sind, falls die Beziehung t1 > t0 als die Beziehung zwischen der Dicke t1 der piezoelektrischen Blindlagen, die an den Endseiten in der Stapelrichtung angeordnet sind, die nicht versetzt werden, und der Dicke t0 der piezoelektrischen Lagen gilt, die dann versetzt werden, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein gestapeltes piezoelektrisches Element, bei dem eine Anzahl von piezoelektrischen Elementeinheiten 15 ähnlich wie dem ersten Ausführungsbeispiel gestapelt sind, und Seitenflächen 11 des gestapelten piezoelektrischen Elementes beinhalten Eckenabschnitte 111, die Eckenabschnitte der piezoelektrischen Lagen aufweisen, und Kantenseitenabschnitte 112, die zwischen den Eckenabschnitten 111 ausgebildet sind.
Wie dies in den 12A, 12B gezeigt ist, ist die Breite von Nicht-Pol-Abschnitten 22, 24, die den Eckenabschnitten 111 zugewandt ist, an den Grenzebenen von gestapelten Lagen W1, und die Breite der Nicht-Pol-Abschnitte 22, 24 ist W2, die den Kantenseitenabschnitten 112 zugewandt sind. Die Breite der Nicht-Pol-Abschnitte 22, 24 ist der Abstand entlang der Geraden, die durch den Schwerpunkt der Querschnittsform des piezoelektrischen Elementes 151 hindurch tritt, wie dies vorstehend beschrieben ist.
Bei den piezoelektrischen Lagen 151 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist W1 ist gleich 0,5 mm, und W2 ist gleich 0,4 mm, wodurch eine Beziehung W1 > W2 resultiert.
Wenn das Volumen eines Bereiches, der ausschließlich durch die piezoelektrischen Lagen ohne Einfluss der Innenelektroden gebildet ist, an den Eckenabschnitten, bei denen aufgrund des Aufbaus leicht Risse gebildet werden, größer ist als an den Kantenseitenabschnitten, dann kann daraus die Festigkeit der Eckenabschnitte erhöht werden, und somit wurde ein Vorteil erhalten, dass die Rissbildung erschwert wird.
Die anderen detaillierten Aufbauten sind gleich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, und somit sind die Funktion und die Vorteile von diesem Ausführungsbeispiel gleich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden mehrere piezoelektrische Lagen unter Bezugnahme auf die 13 bis 22 beschrieben, bei denen die Formen von Innenelektrodenlagen, von Elektrodenausbildungsabschnitten und Nicht-Pol-Abschnitten unterschiedlich sind. Es ist zu beachten, dass beliebige piezoelektrische Lagen, die bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben werden, die gleiche Form wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufweisen und dass die Eckenabschnitte C eines Quadrates mit einer Fase versehen sind.
Wie dies in den 13A, 13B gezeigt ist, sind Elektrodenabschnitte 21, 23 an Grenzebenen von gestapelten Lagen mit vorbestimmten Breiten versehen, die links von Außenelektroden 195, 196 sind, mit denen die Elektrodenabschnitte 21, 23 nicht verbunden sind, und die verbleibenden riemenartigen Abschnitte bilden Nicht-Pol-Abschnitte 22, 24, die so übrig bleiben.
Wie dies in der 14 gezeigt ist, bekommt dadurch ein aktiver Abschnitt 101, der dann versetzt wird, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird, eine rechteckige Form, die daraus resultiert, dass die Querschnittsform der piezoelektrischen Lage 151 an vier Ecken davon außer an jenen riemenartigen Nicht-Pol-Abschnitten 22, 24 mit einer Fase versehen wird. Zusätzlich liegt ein Teil des aktiven Abschnittes 101 an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes frei.
An den Grenzebenen von gestapelten Lagen gemäß den 15A, 15B sind Elektrodenabschnitte 21, 23 mit einer Form ausgebildet, die daraus resultiert, dass ein quadratischer und ein rechteckiger Abschnitt zusammengefügt werden, die zur jeweiligen Seite vorstehen, die an jener Seite vorgesehen ist, bei der die externe Elektrode 195, 196 vorgesehen ist, und der gesamte Umfang des Elektrodenabschnittes 21, 23 ausschließlich des rechteckigen Abschnittes bildet den Nicht-Pol-Abschnitt 22, 24, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist. Wie dies in der 16 gezeigt ist, wird dadurch der aktive Abschnitt 101 quadratisch, der dann versetzt wird, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird. Zusätzlich liegt der aktive Abschnitt 101 nicht an der Seitenfläche frei.
An Grenzebenen von gestapelten Lagen gemäß den 17A, 17B ist ein Elektrodenabschnitt 21 mit einer Form ausgebildet, die daraus resultiert, wenn ein quadratischer und ein rechteckiger Abschnitt zusammengefügt werden, die zu einer Seite vorstehen, die an jener Seite vorgesehen ist, bei der die Außenelektrode 195 vorgesehen ist, und der gesamte Umfang des Elektrodenabschnittes 21 ausschließlich des rechteckigen Abschnittes bildet den Nicht-Pol-Abschnitt 22. Zusätzlich ist bei dem Elektrodenabschnitt 23 ein rechteckiger Nicht-Pol-Abschnitt 24 in einem Bereich vorgesehen, der an der Außenelektrode angrenzt, mit der der Elektrodenabschnitt 23 nicht verbunden werden darf, und die gesamte Fläche der piezoelektrischen Lage ausschließlich des rechteckigen Nicht-Pol-Abschnittes 24 bildet den Elektrodenabschnitt 23. Wie dies in der 18 gezeigt ist, wird dadurch der aktive Abschnitt 101 quadratisch, der dann versetzt wird, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird. Zusätzlich liegt der aktive Abschnitt 101 nicht an der Seitenfläche frei.
Die in den 19A, 19B gezeigten Grenzebenen von gestapelten Lagen haben Elektrodenabschnitte 21, 23, die jeweils durch einen rechteckigen Abschnitt gebildet sind, die mit der entsprechenden Seite verbunden sind, die an jener Seite vorgesehen ist, bei der die Außenelektrode 195, 196 vorgesehen ist. Die gesamten Umfänge der rechteckigen Elektrodenabschnitte 21, 23 bilden Nicht-Pol-Abschnitte 22, bzw. 24. Wie dies in der 20 gezeigt ist, wird dadurch der aktive Abschnitt 101 quadratisch, der dann versetzt wird, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird. Zusätzlich liegt der aktive Abschnitt 101 nicht an der Seitenfläche frei.
An den in den 21A, 21B gezeigten Grenzebenen von gestapelten Lagen bilden jede Seite, die sich an jener Seite befindet, an der die Außenelektrode 195, 196 vorgesehen ist, und Außenumfänge, die sich zu Zwischenpositionen an zwei Seiten erstrecken, die zu der vorstehend genannten Seite normal sind, einen Nicht-Pol-Abschnitt 22, 24. Der verbleibende Bereich bildet einen Elektrodenabschnitt 21, 23. Dadurch wird der aktive Abschnitt 101 quadratisch, wie dies in der 22 gezeigt ist, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird. Zusätzlich liegt der aktive Abschnitt 101 nicht an der Seitenfläche frei.
Durch die Grenzebenen von gestapelten Lagen können die Funktion und die Vorteile auch hierbei erhalten werden, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist, die die Nicht-Pol-Abschnitte und die Elektrodenabschnitte aufweisen, die mit verschiedenen Formen ausgebildet sind, wie dies vorstehend beschrieben ist, die bei dem gestapelten piezoelektrischen Element vorgesehen sind, falls die Beziehung 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,24 gilt, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist und zwischen der minimalen Breite X von Seite zu Seite und der maximalen Breite Y der Fasenabschnitte C eingerichtet ist.
Die anderen detaillierten Aufbauten sind gleich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
(Achtes Ausführungsbeispiel)
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein gestapeltes piezoelektrisches Element beschrieben, bei dem piezoelektrische Lagen im Wesentlichen quadratisch ausgebildet sind.
Piezoelektrische Lagen von diesem Ausführungsbeispiel sind im Wesentlichen quadratisch, und Elektrodenabschnitte 21, 23 an Grenzebenen von gestapelten Lagen sind gemäß den 23A, 23B so vorgesehen, dass sie Außenelektroden 195, 196 verbinden, und vier Ecken davon sind mit einer Fase versehen.
Zusätzlich sind Nicht-Pol-Abschnitte 23, 24 so vorgesehen, dass sie die Umfänge der Elektrodenabschnitte 21, 23 umgeben.
Dadurch bekommt ein aktiver Abschnitt 101 bei dem gestapelten piezoelektrischen Element von dem Ausführungsbeispiel eine quadratische Form, wie dies in den 23A, 23B gezeigt ist, deren Eckenabschnitte mit einer Fase versehen sind.
Eine minimale Breite m von Seite zu Seite des aktiven Abschnittes und eine maximale Breite n des aktiven Abschnittes sind so gestaltet, wie dies in der gleichen Zeichnung gezeigt ist, und die minimale Breite m von Seite zu Seite ist ein kürzester Abstand zwischen zwei entgegengesetzten Seiten, und sie ist eine Länge entlang einer Geraden, die durch den Schwerpunkt der Querschnittsform hindurch tritt. Die maximale Breite des aktiven Abschnittes ist eine Länge entlang einer Geraden, die durch den Schwerpunkt der Querschnittsform hindurch tritt.
Bezüglich der vorstehend erwähnten m und n wurden zehn gestapelte piezoelektrische Elemente mit unterschiedlichen n/m für jede der vier Arten vorbereitet, und die Rissbildung wurde gemessen, als das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wurden.
Wie dies in der Tabelle 3 gezeigt ist, wurden zehn Elemente mit unterschiedlichen n/m für jede Art vorbereitet, und 150V wurden darauf über eine Positivspannungsquelle aufgebracht, bei der keine Negativspannung aufgebracht wurde. Dann wurde die Rissbildung aus dem äußeren Erscheinungsbild extern und durch Schneiden der Elemente im Querschnitt intern verifiziert, nachdem die Elemente einem Dauerbetrieb von 2 × 10⁸ Vorgängen ausgesetzt wurden.
(Tabelle 3)
Gemäß der Tabelle 3 wurden Risse gebildet, wenn n/m größer als 1,31 ist, aber es wurden keine Risse gebildet, wenn n/m gleich oder kleiner als 1,31 ist.
(Neuntes Ausführungsbeispiel)
Wie dies in der 25 gezeigt ist, bezieht sich dieses Ausführungsbeispiel auf ein gestapeltes piezoelektrisches Element 1, bei dem piezoelektrische Lagen 151 und Innenelektrodenlagen 153, 154 abwechselnd gestapelt sind, und die Innenelektrodenlagen 153, 154 haben freiliegende Elektrodenabschnitte, die an Seitenflächen 11 des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1 so freiliegen, dass sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden 195, 196 verbindbar sind, wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörigen Außenelektroden 195, 196 für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern. Ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, ist teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage 153, 154 ausgebildet, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von Seitenflächen 11 des gestapelten piezoelektrischen Elementgestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist.
Dann gilt Wa > Wb unter der Annahme, dass die Gesamtzahl der gestapelten piezoelektrischen Lagen 151 des gestapelten piezoelektrischen Elementes 1, die dann versetzt werden, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird, α beträgt, und dass ein Wert α0 ist, der darauf resultiert, wenn ein Dezimalteil von 0,1 × α aufgerundet wird, um so eine ganze Zahl zu bilden, falls die Breite der Nicht-Pol-Abschnitte an Grenzebenen von gestapelten Lagen gleich Wa ist, die jeweils zwischen den piezoelektrischen Lagen 151 ausgebildet sind, die als piezoelektrische Lagen 1 bis α0 von zumindest einer Endseite in der Stapelrichtung gestapelt sind, und falls die Breite des Nicht-Pol-Abschnittes an einer Grenzebene von gestapelten Lagen gleich Wb ist, die zwischen den mittleren piezoelektrischen Lagen in der Stapelrichtung ausgebildet ist.
Bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel gilt α = 20 Lagen und folglich α0 = 2, während dieses nicht in der Zeichnung gezeigt ist.
Die anderen Einzelheiten sind in der gleichen Art und Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut.
Bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 1 kann die Festigkeit des relevanten Abschnittes erhöht werden, wenn das Volumen eines Bereichs, der ausschließlich durch die piezoelektrischen Lagen ohne den Einfluss der Innenelektrodenlagen in der Nähe der Seitenflächen 11 gebildet wird, bei den Lagen 1 bis α0 größer wird, wodurch die Rissbildung durch innere Spannungen erschwert wird, die dann erzeugt werden, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird.
Zusätzlich können die gleichen Funktionen und Vorteile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden.
Die minimale Breite von Seite zu Seite und die maximale Breite des Fasenabschnittes gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung werden beschrieben.
Wie dies in den 5 und 10 gezeigt ist, ist die minimale Breite von Seite zu Seite der kürzeste Abstand zwischen den zwei entgegengesetzten Seiten der Querschnittsform, und sie ist eine Länge entlang der Geraden, die durch den Schwerpunkt G hindurch tritt.
Wie dies in der 5 gezeigt ist, bezeichnet der Fasenabschnitt C einen Zustand, bei dem die Eckenabschnitte mit einer Fase versehen sind, in dem die Eckenabschnitte gerade geschnitten werden. Wie dies in der 10 gezeigt ist, bezeichnet der Fasenabschnitt R einen Zustand, bei dem eine Fase durch rundes Schneiden der Ecken implementiert wird. Die Breite der Fasenabschnitte C und R sind die kürzesten Abstände an den entgegengesetzten gefasten Eckenabschnitten, und sie Längen entlang der Geraden, die durch den Schwerpunkt G hindurch tritt.
Bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhöht sich der Verformungsbetrag, durch den sich die piezoelektrischen Lagen in der Querschnittsrichtung zusammenziehen, wenn sie versetzt werden, an den Eckenabschnitten, falls Y/X größer als 1,24 ist, was zu einem Risiko führt, dass sich die innere Spannung erhöht. Falls Y/X kleiner als 1,00 ist, weil die Größen der Fasenabschnitte und der Kantenseitenabschnitte umgekehrt sind, dann fällt dies nicht innerhalb des Umfangs der Ansprüche der vorliegenden Erfindung.
Bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhöht sich darüber hinaus der Verformungsbetrag, durch den sich die piezoelektrische Lage in der Querschnittsrichtung zusammenzieht, wenn sie versetzt wird, an den Eckenabschnitten, falls Z/X größer als 1,27 ist, was zu einem Risiko führt, dass sich die innere Spannung erhöht.
Falls Z/X kleiner als 1,00 ist, da die Größen des Fasenabschnittes und des Kantenseitenabschnittes umgekehrt sind, dann fällt dies nicht innerhalb des Umfangs der Ansprüche der vorliegenden Erfindung.
Als Nächstes haben die Seitenflächen bei dem ersten und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Eckenabschnitte, die wiederum die Eckenabschnitte der piezoelektrischen Lagen und die Kantenseitenabschnitte aufweisen, die jeweils zwischen einem Eckenabschnitt und einem anderen Eckenabschnitt angeordnet, der an dem einen Eckenabschnitt angrenzt, und bei der Grenzebene von gestapelten Lagen ist es vorzuziehen, dass eine Beziehung W1 > W2 zwischen der Breite W1 des Nicht-Pol-Abschnittes, der jener Bereich ist, der von den Eckenabschnitten zurückweicht, und der Breite W2 des Nicht-Pol-Abschnittes eingerichtet ist, der jener Bereich ist, der von den Kantenseitenabschnitten nach innen angeordnet ist (siehe 12).
Bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhöht sich der Verformungsbetrag, durch den sich die piezoelektrische Lage in der Querschnittsrichtung zusammenzieht, wenn sie versetzt wird, an den Eckenabschnitten, falls Y/X > 1,24 ist, was zu einem Risiko führt, dass sich die innere Spannung erhöht. Falls Y/X < 1,00 ist, da die Größen an dem Fasenabschnitt und dem Kantenseitenabschnitt umgekehrt sind, dann fällt dieser Fall nicht innerhalb des Umfangs der Ansprüche der vorliegenden Erfindung.
Bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhöht sich darüber hinaus der Verformungsbetrag, durch den sich die piezoelektrische Lage in der Querschnittsrichtung zusammenzieht, wenn sie versetzt wird, an den Eckenabschnitten, was zu einem Risiko führt, dass sich die innere Spannung erhöht.
Falls Z/X kleiner als 1,00 ist, da sich die Größen des Fasenabschnittes und des Kantenseitenabschnittes umgekehrt haben, fällt dieser Fall nicht innerhalb des Umfangs der Ansprüche der vorliegenden Erfindung.
Als Nächstes haben die Seitenflächen bei dem ersten und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Eckenabschnitte, die wiederum die Eckenabschnitte der piezoelektrischen Lagen und die Kantenseitenabschnitte aufweisen, die jeweils zwischen einem Eckenabschnitt und einem anderen Eckenabschnitt angeordnet sind, der an dem einen Eckenabschnitt angrenzt, und bei der Grenzebene von gestapelten Lagen ist es vorzuziehen, dass eine Beziehung W1 > W2 zwischen der Breite W1 des Nicht-Pol-Abschnittes, der jener Bereich ist, der von den Eckenabschnitten zurückweicht, und der Breite W2 des Nicht-Pol-Abschnittes eingerichtet ist, der jener Bereich ist, der von dem Kantenseitenabschnitt nach innen angeordnet ist (siehe 12).
Daher kann die Festigkeit an den Eckenabschnitten erhöht werden, wodurch die Rissbildung erschwert wird, wenn das Volumen des Bereichs, der ausschließlich durch die piezoelektrischen Lagen ohne Einfluss der Innenelektrodenlagen gebildet ist, an den Eckenabschnitten, bei denen Risse leicht aufgrund des Aufbaus erzeugt werden, größer ist als an den Kantenseitenabschnitten.
Falls W1 ≤ W2 gilt, wenn sich das Volumen des Bereichs, der ausschließlich durch die piezoelektrischen Lagen ohne Einfluss der Innenelektrodenlagen gebildet ist, an den Eckenabschnitten, bei denen Risse leicht aufgrund des Aufbaus erzeugt werden, kleiner ist als an dem Kantenseitenabschnitt dann kann die Festigkeit der Eckenabschnitte nicht erhöht werden, wodurch ein Risiko besteht, dass die Rissbildung erleichtert wird.
Hinsichtlich der Breite W1 und der Breite W2 der Nicht-Pol-Abschnitte ist zusätzlich ein Abstand eines Liniensegmentes, das dann ausgebildet ist, wenn eine Gerade, die durch den Sperrpunkt der piezoelektrischen Lage hindurch tritt, sich mit dem Nicht-Pol-Abschnitt schneidet, W1 und W2 an der Grenzebene von gestapelten Lagen. Falls sich W1 und W2 in Abhängigkeit von den Positionen unterscheiden, dann wird der längste Abstand als W1, W2 übernommen.
Zusätzlich bezeichnen die minimale Breite von Seite zu Seite und die maximale Breite des aktiven Abschnittes gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung die minimale Breite des aktiven Abschnittes bzw. die maximale Breite des aktiven Abschnittes, aber es sollte klar sein, dass die minimale Breite von Seite zu Seite der kürzeste Abstand zwischen den beiden entgegengesetzten Seiten in der Querschnittsform ist und eine Länge ist, die daraus resultiert, wenn sie entlang der Geraden gemessen wird, die durch den Schwerpunkt der Querschnittsform hindurch tritt. Die maximale Breite des aktiven Abschnittes ist außerdem eine Länge entlang der Geraden, die durch den Schwerpunkt der Querschnittsform hindurch tritt und die eine Länge ist, die die maximale Breite bildet.
Dies ist insbesondere in der 8 gezeigt.
Als Nächstes ist die Querschnittsform in der Querschnittsrichtung, die die Stapelrichtung im rechten Winkel schneidet, bei dem gestapelten piezoelektrischen Element gemäß dem ersten bis dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Polygon, und es gilt gilt vorzugsweise Wa > Wb unter der Annahme, dass die Gesamtzahl der gestapelten piezoelektrischen Lagen des gestapelten piezoelektrischen Elementes α ist, die dann versetzt werden, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird, und dass ein Wert α0 ist, der daraus resultiert, wenn ein Dezimalteil von 0,1 × α aufgerundet wird, um eine ganze Zahl zu bilden, falls die Breite der Nicht-Pol-Abschnitte an den Grenzebenen von gestapelten Lagen Wa ist, die jeweils zwischen den piezoelektrischen Lagen ausgebildet sind, die als piezoelektrische Lage 1 bis α0 zumindest an einer Endseite in der Stapelrichtung gestapelt sind, und falls die Breite des Nicht-Pol-Abschnittes an einer Grenzebene Wb ist, die zwischen den mittleren piezoelektrischen Lagen in der Stapelrichtung ausgebildet ist.
Wie im Falle des vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung kann daher die Festigkeit des relevanten Abschnittes erhöht werden, wenn das Volumen des Bereiches, der ausschließlich durch die piezoelektrischen Lagen ohne Einfluss der Innenelektrodenlagen in der Nähe der Seitenflächen 11 gebildet wird, bei der Lage 1 bis α0 größer ist, wodurch die Rissbildung erschwert wird, die durch innere Spannungen erzeugt wird, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird.
Als Nächstes haben die Endseiten in der Stapelrichtung des gestapelten piezoelektrischen Elementes die piezoelektrischen Blindlagen, die mit den Innenelektrodenlagen ausschließlich von einer Richtung in der Stapelrichtung in Kontakt gelangen und die nicht versetzt werden, und es gilt vorzugsweise t1 > t0 unter der Annahme, dass die Dicke der piezoelektrischen Blindlage t1 ist und die minimale Dicke der piezoelektrischen Lagen t0 ist, die mit den Innenelektrodenlagen von beiden Richtungen in der Stapelrichtung in Kontakt gelangen und die versetzt werden.
Daraus kann die Festigkeit der piezoelektrischen Blindlage erhöht werden, wenn das Volumen des Bereichs, der ausschließlich durch die piezoelektrischen Lagen ohne Einfluss der Innenelektrodenlagen, nämlich der piezoelektrischen Blindlage gebildet ist, größer ist als bei den anderen piezoelektrischen Lagen, wodurch die Rissbildung erschwert wird, die durch innere Spannungen erzeugt wird, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird.
Falls t1 ≤ t0 gilt, dann kann die Festigkeit der piezoelektrischen Blindlage nicht erhöht werden, wodurch ein Risiko besteht, dass Risse leicht gebildet werden.
Im Falle eines gestapelten piezoelektrischen Elementes, bei dem sich die Dicke der piezoelektrischen Lagen unterscheidet, ist zu beachten, dass die vorstehend beschriebene Bedingung für alle t0 eingerichtet ist. Zusätzlich ist die Dicke der einzigen piezoelektrischen Lage und der piezoelektrischen Blindlage im Wesentlichen einheitlich.
Als Nächstes hat die piezoelektrische Lage den aktiven Abschnitt, der in der Stapelrichtung durch die Innenelektrodenlagen mit den unterschiedlichen Potenzialen eingeklemmt ist, so dass er versetzt wird, und den inaktiven Abschnitt, der mit den Innenelektrodenlagen ausschließlich in einer Richtung in Kontakt ist, so dass er nicht versetzt wird, und der inaktive Abschnitt liegt vorzugsweise an der Seitenfläche frei.
Daraus ist der Bereich, der ausschließlich durch die piezoelektrischen Lagen ohne Einfluss der Innenelektrodenlagen gebildet ist, bei dem inaktiven Abschnitt breiter, bei dem aufgrund des Aufbaus davon leicht Risse gebildet werden, oder bei dem gesamten Umfangsabschnitt der Seitenfläche breiter als der aktive Abschnitt, wodurch die Festigkeit des inaktiven Abschnittes erhöht werden kann.
Zusätzlich ist es vorzuziehen, dass das gestapelte piezoelektrische Element gemäß dem ersten bis vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung fünfzig piezoelektrische Lagen oder weniger aufweist.
Daraus wird die innere Spannung entspannt, die in dem Grenzabschnitt zwischen der Innenelektrodenlage und dem Nicht-Pol-Abschnitt erzeugt wird, wodurch die Rissbildung erschwert wird.
Zusätzlich ist bei jedem gestapelten piezoelektrischen Element gemäß dem ersten bis vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Rissbildung erschwert und es wird eine verbesserte Haltbarkeit vorgesehen, wobei das gestapelte piezoelektrische Element vorzugsweise zur Verwendung als eine Antriebsquelle für eine Einspritzvorrichtung geeignet ist.
Innenelektrodenlagen 153, 154 haben freiliegende Elektrodenabschnitte, die an Seitenflächen 11 so freiliegen, dass sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden 195, 196 verbindbar sind, wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörige Außenelektrode für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage 153, 154 ausgebildet ist, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von den Seitenflächen 11 nach innen angeordnet ist, und eine Querschnittsform der piezoelektrischen Lage 151 in einer Querschnittsrichtung, die eine Richtung im rechten Winkel schneidet, in der die Lagen gestapelt sind, ist ein Polygon mit einer gradzahligen Seitenzahl und Fasenabschnitten C, die an Eckenabschnitten davon vorgesehen sind. Eine Beziehung 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,24 ist zwischen einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Y der Querschnittsform der Fasenabschnitte C eingerichtet.

Claims

Gestapeltes piezoelektrisches Element mit piezoelektrischen Lagen und Innenelektrodenlagen, die abwechselnd gestapelt sind, wobei die Innenelektrodenlagen freiliegende Elektrodenabschnitte aufweisen, die an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes freiliegen, damit sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden verbindbar sind, wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörige Außenelektrode für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage ausgebildet ist, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist, wobei eine Querschnittsform der piezoelektrischen Lage in einer Querschnittsrichtung, die eine Richtung, in der die Lagen gestapelt sind, oder eine Stapelrichtung rechtwinklig schneidet, ein Polygon mit einer gradzahligen Seitenzahl und Fasenabschnitten C ist, die an dessen Eckenabschnitten vorgesehen sind, und wobei eine Beziehung 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,24 zwischen einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Y der Querschnittsform des Fasenabschnittes C eingerichtet ist.
Gestapeltes piezoelektrisches Element mit piezoelektrischen Lagen und Innenelektrodenlagen, die abwechselnd gestapelt sind, wobei die Innenelektrodenlagen freiliegende Elektrodenabschnitte aufweisen, die an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes freiliegen, damit sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden verbindbar sind, wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörige Außenelektrode für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage ausgebildet ist, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist, wobei eine Querschnittsform der piezoelektrischen Lage in einer Querschnittsrichtung, die eine Richtung, in der die Lagen gestapelt sind, oder eine Stapelrichtung rechtwinklig schneidet, ein Polygon mit einer gradzahligen Seitenzahl und Fasenabschnitten R ist, die an dessen Eckenabschnitten vorgesehen sind, und wobei eine Beziehung 1,00 ≤ Y/X ≤ 1,27 zwischen einer minimalen Breite X von Seite zu Seite und einer maximalen Breite Y der Querschnittsform der Fasenabschnitte R eingerichtet ist.
Gestapeltes piezoelektrisches Element gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Seitenflächen Eckenabschnitte aufweisen, die wiederum Eckenabschnitte der piezoelektrischen Lagen und Kantenseitenabschnitte aufweisen, die jeweils zwischen einem bestimmten Eckenabschnitt und dem daran angrenzenden Eckenabschnitt angeordnet sind, und wobei eine Beziehung W1 > W2 zwischen einer Breite W1 eines Nicht-Pol-Abschnittes, der ein Bereich ist, der von den Eckenabschnitten nach innen angeordnet ist, und einer Breite W2 eines Nicht-Pol-Abschnittes eingerichtet ist, der ein Bereich ist, der von dem Kantenseitenabschnitt nach innen angeordnet ist.
Gestapeltes piezoelektrisches Element mit piezoelektrischen Lagen und Innenelektrodenlagen, die abwechselnd gestapelt sind, wobei die Innenelektrodenlagen freiliegende Elektrodenabschnitte aufweisen, die an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes freiliegen, damit sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden verbindbar sind, wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörige Außenelektrode für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage ausgebildet ist, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist, wobei die piezoelektrische Lage einen aktiven Abschnitt, der in der Stapelrichtung durch die Innenelektrodenlagen mit unterschiedlichen Potenzialen eingeklemmt ist, damit er versetzt wird, und einen inaktiven Abschnitt aufweist, der mit der Innenelektrodenlage ausschließlich von einer Richtung in Kontakt ist, damit er nicht versetzt wird, und wobei eine Beziehung 1,00 ≤ n/m ≤ 1,31 zwischen einer minimalen Breite m von Seite zu Seite an dem aktiven Abschnitt und einer maximalen Breite n des aktiven Abschnittes eingerichtet ist.
Gestapeltes piezoelektrisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Querschnittsform des gestapelten piezoelektrischen Elementes in einer Querschnittsrichtung, die eine Richtung rechtwinklig schneidet, in der die Lagen gestapelt sind, eine Polygonform ist, und wobei Wa > Wb gilt unter der Annahme, dass die Gesamtzahl der gestapelten piezoelektrischen Lagen des gestapelten piezoelektrischen Elementes gleich α ist, die dann versetzt werden, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird, und dass ein Wert gleich α0 ist, der daraus resultiert, wenn ein Dezimalteil von 0,1 × α aufgerundet wird, um eine ganze Zahl zu bilden, falls die Breite der Nicht-Pol-Abschnitte an den Grenzebenen von gestapelten Lagen gleich Wa ist, die jeweils zwischen den piezoelektrischen Lagen ausgebildet sind, die als piezoelektrischen Lagen 1 bis α0 von zumindest einer Endseite in der Stapelrichtung gestapelt sind, und falls die Breite des Nicht-Pol-Abschnittes an einer Grenzebene gleich Wb ist, die zwischen den mittleren piezoelektrischen Lagen in der Stapelrichtung ausgebildet ist.
Gestapeltes piezoelektrisches Element mit piezoelektrischen Lagen und Innenelektrodenlagen, die abwechselnd gestapelt sind, wobei die Innenelektrodenlagen freiliegende Elektrodenabschnitte aufweisen, die an Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes freiliegen, damit sie mit einer Außenelektrode von einem Paar Außenelektroden verbindbar sind, wobei die freiliegenden Elektrodenabschnitte ihre dazugehörigen Außenelektroden für einen abwechselnden Kontakt bei jeder anderen Lage ändern, wobei ein Nicht-Pol-Abschnitt, bei dem keine Innenelektrodenlage vorhanden ist, teilweise um den Umfang der Innenelektrodenlage ausgebildet ist, wobei der Nicht-Pol-Abschnitt ein Bereich ist, der von Seitenflächen des gestapelten piezoelektrischen Elementes nach innen angeordnet ist, und wobei Wa > Wb unter der Annahme gilt, dass die Gesamtzahl der gestapelten piezoelektrischen Lagen des gestapelten piezoelektrischen Elementes gleich α ist, die dann versetzt werden, wenn das gestapelte piezoelektrische Element angetrieben wird, und dass ein Wert α0 ist, der daraus resultiert, wenn ein Dezimalteil von 0,1 × α aufgerundet wird, um eine ganze Zahl zu bilden, falls die Breite der Nicht-Pol-Abschnitte an den Grenzebenen von gestapelten Lagen Wa ist, die jeweils zwischen den piezoelektrischen Lagen ausgebildet sind, die als piezoelektrischen Lagen 1 bis α0 an zumindest einer Endseite in der Stapelrichtung gestapelt sind, und falls die Breite des Nicht-Pol-Abschnittes an einer Grenzebene Wb ist, die zwischen den mittleren piezoelektrischen Lagen in der Stapelrichtung ausgebildet ist.
Gestapeltes piezoelektrisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Endseiten in der Stapelrichtung des gestapelten piezoelektrischen Elementes jeweils eine piezoelektrische Blindlage aufweisen, die mit der Innenelektrodenlage ausschließlich aus einer Richtung der Stapelrichtung in Kontakt ist, damit sie nicht versetzt wird, und wobei t1 > t0 unter der Annahme gilt, dass die Dicke der piezoelektrischen Blindlage t1 ist und dass eine minimale Dicke der piezoelektrischen Lagen t0 ist, die mit den Innenelektrodenlagen von beiden Richtungen der Stapelrichtung in Kontakt sind, damit sie versetzt werden.
Gestapeltes piezoelektrisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die piezoelektrische Lage einen aktiven Abschnitt, der in der Stapelrichtung durch die Innenelektrodenlagen mit unterschiedlichen Potenzialen eingeklemmt ist, damit er versetzt wird, und einen inaktiven Abschnitt aufweist, der mit der Innenelektrodenlage ausschließlich in einer Richtung in Kontakt ist, damit er nicht versetzt wird, wobei der aktive Abschnitt nicht an der Seitenfläche freiliegt.
Gestapeltes piezoelektrisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das gestapelte piezoelektrische Element fünfzig piezoelektrische Lagen oder weniger aufweist.
Gestapeltes piezoelektrisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das gestapelte piezoelektrische Element als eine Antriebsquelle für eine Einspritzvorrichtung verwendet wird.