DE102004025073A1 - Piezoelectric actuating element for fuel injector, has piezoelectric units with alternating piezoceramic layer stacks, internal electrode layer; no more than 50 stacks of piezoceramic layers - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der ErfindungBACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention
Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Betätigungsglied und genauer ein piezoelektrisches Betätigungsglied, das als Antriebsquelle einer Einspritzvorrichtung (Injektor) oder dergleichen verwendet wird.The The invention relates to a piezoelectric actuator and more particularly to a piezoelectric actuator, as the drive source of an injection device (injector) or the like is used.
Bisher wurde die Verwendung einer piezoelektrischen Vorrichtung als Antriebsquelle eines Injektors, d. h. eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine eines Autos vorgeschlagen. Da der Injektor wiederholt für 108 mal eine Kraftstoffzerstäubung mit extrem hoher Geschwindigkeit ausgesetzt wird, werden der piezoelektrischen Vorrichtung als Antriebsquelle extrem harte Verwendungsbedingungen auferlegt. Daher sind nicht nur hervorragende piezoelektrische Eigenschaften, sondern ebenfalls eine exzellente Haltbarkeit für die piezoelektrische Vorrichtung für den Injektor erforderlich.Heretofore, the use of a piezoelectric device as a driving source of an injector, ie, a fuel injector of an internal combustion engine of a car has been proposed. Since the injector is repeatedly subjected to fuel atomization at extremely high speed for 10 8 times, the piezoelectric device as the driving source is subjected to extremely severe use conditions. Therefore, not only excellent piezoelectric properties but also excellent durability for the piezoelectric device for the injector are required.
Ein gestapeltes piezoelektrisches Betätigungsglied (Aktor), das durch abwechselndes Stapeln einer Vielzahl piezoelektrischer Keramikschichten, die einen Versatz entsprechend einer angelegten Spannung erfahren, und interne Elektrodenschichten zum Zuführen der angelegten Spannung geformt ist, wurde für eine derartige piezoelektrische Vorrichtung am wünschenswertesten angesehen. Dies liegt daran, dass, wenn die Spannung angelegt wird, die von den internen Elektrodenschichten umgebenden piezoelektrischen Keramikschichten jeweils einen Versatz in diesem piezoelektrischen Betätigungsglied erfahren und somit eine große Antriebsleistung erzeugt wird.One stacked piezoelectric actuator (actuator) passing through alternately stacking a plurality of piezoelectric ceramic layers, experiencing an offset corresponding to an applied voltage, and internal electrode layers for supplying the applied voltage was shaped for Such a piezoelectric device is most desirable. This is because when the voltage is applied, that of the piezoelectric ceramic layers surrounding the internal electrode layers each offset in this piezoelectric actuator experienced and thus a great drive power is produced.
Jedoch tritt bei piezoelektrischen Betätigungsgliedern gemäß dem Stand der Technik das Problem auf, dass innerhalb des Betätigungsglieds beim Anlegen der Spannung eine starke mechanische Spannung (Beanspruchung) auftritt, und dass Risse in dem Betätigungsglied auftreten. Daher ist es schwierig, piezoelektrische Betätigungsglieder gemäß dem Stand der Technik für eine lange Zeit zu betreiben und diese bei einem Injektor usw. anzuwenden, auf den besonders schwere Verwendungsbedingungen auferlegt sind.however occurs in piezoelectric actuators according to the state the technique has the problem on that within the actuator when applying the voltage a strong mechanical stress (stress) occurs, and that cracks occur in the actuator. Therefore It is difficult to piezoelectric actuators according to the state the technology for to operate for a long time and apply it to an injector, etc. imposed on the particularly severe conditions of use.
Zum Lösen dieser Probleme gemäß dem Stand der Technik wurden in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2001-230463 ein gestapeltes piezoelektrisches Betätigungsglied vorgeschlagen, bei dem nicht verbundene Endpositionen von internen Elektrodenschichten und externe Elektroden in einer Stapelrichtung der internen Elektrodenschichten abweichen (verschoben sind). Es wird angenommen, dass, wenn die internen Elektrodenschichten derart angeordnet sind, dass ihre Endpositionen abweichen, die innerhalb des Betätigungsglieds auftretende mechanische Spannung gemildert werden kann.To the Solve this Problems according to the state The technique has been disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2001-230463 discloses a stacked piezoelectric actuator proposed in the unconnected end positions of internal Electrode layers and external electrodes in a stacking direction the internal electrode layers differ (are shifted). It it is believed that when the internal electrode layers are so are arranged, that their end positions deviate, which within of the actuator occurring mechanical stress can be alleviated.
Wenn jedoch das vorstehend beschriebene gestapelte piezoelektrische Betätigungsglied gemäß dem Stand der Technik für einen Injektor usw. verwendet wird, bei dem harte Verwendungsbedingungen auferlegt werden, steigt die Beanspruchung (die mechanische Spannung) innerhalb des Betätigungsglieds an, da die Endabschnitte der internen Elektroden versetzt sind, so dass Risse auftreten. Folglich ist das gestapelte piezoelektrische Betätigungsglied im Hinblick auf die Haltbarkeit nicht ausreichend. Ein anderes Problem besteht darin, dass Variationen in den Eigenschaften (Charakteristiken) wie elektrostatische Kapazität und Versatzverhalten groß werden.If however, the above-described stacked piezoelectric actuator according to the state the technology for an injector, etc. is used in the harsh conditions of use be imposed, the stress (the mechanical stress) increases within the actuator because the end portions of the internal electrodes are offset, so that cracks occur. Consequently, the stacked piezoelectric actuator not enough in terms of durability. Another problem is that variations in the properties (characteristics) like electrostatic capacity and offset behavior become large.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY THE INVENTION
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme im Stand der Technik ist die Erfindung darauf gerichtet, ein neues piezoelektrisches Betätigungsglied bereitzustellen, das für Anwendungen wie bei Injektoren geeignet ist und eine hervorragende Haltbarkeit und exzellente Stabilität aufweist.in the With regard to the problems described above in the state of Technique, the invention is directed to a new piezoelectric actuator to provide that for Applications as with injectors is suitable and excellent Durability and excellent stability.
Gemäß einer
ersten Ausgestaltung wird ein piezoelektrisches Betätigungsglied
mit piezoelektrischen Einheiten angegeben, die durch abwechselndes
Stapeln einer piezoelektrischen Keramikschicht und einer internen
Elektrodenschicht hergestellt werden, wobei die piezoelektrische
Einheit durch Stapeln von nicht mehr als 50 Schichten der piezoelektrischen
Keramikschichten gebildet wird und ein Paar externer Elektroden
mit unterschiedlichen Potentialen an deren Seitenoberflächen aufweist,
die internen Elektrodenschichten freiliegende Elektrodenabschnitte
aufweist, die zu den Seitenoberflächen der piezoelektrischen
Einheiten freiliegen und durch die freiliegenden Elektrodenabschnitte
mit einer aus dem Paar der externen Elektrodenschichten verbunden
sind, und die externe Elektrode als ein Verbindungsgegenstück der freiliegenden
Elektrodenabschnitte abwechselnd für jede Schicht gewechselt wird
(schichtweise wechseln), ein zurückgesetzter
Abschnitt als eine Aussparungsregion der internen Elektrodenschicht,
die nicht zu der Seitenoberfläche
der piezoelektrischen Einheit erstreckt ist, teilweise in einem
Randabschnitt der internen Elektrodenschicht geformt ist, und eine
minimale Breite L, die als minimaler Wert eines Abstands von der
Seitenoberfläche
der piezoelektrischen Einheit an dem zurückgesetzten Abschnitt zu einem
Endabschnitt jeder internen Elektrodenschicht definiert ist, und
eine Variationsbreite W, die als Differenz zwischen einem maximalen
Wert und einem minimalen Wert des Abstands von der Seitenoberfläche jeder
piezoelektrischen Einheit an jedem zurückgesetzten Abschnitt zu jeder
internen Elektrodenschicht definiert ist, im Querschnitt des piezoelektrischen
Betätigungsglieds
in einer Stapelrichtung die folgende Beziehung (1) erfüllt:
Bei dem piezoelektrischen Betätigungsglied gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausgestaltung der Erfindung erfüllen die minimale Breite L des zurückgesetzten Abschnitts und die Variationsbreite W die Beziehung der vorstehend Gleichung (1).at the piezoelectric actuator according to the above described first embodiment of the invention meet the minimum width L of the reset Section and the variation width W is the relationship of the above Equation (1).
Daher werden Variationen in den Flächen der Überlappungsabschnitte der internen Elektrodenschichten (die nachstehend als "piezoelektrisch aktive Region" bezeichnet sind) innerhalb der piezoelektrischen Einheit klein, und die Eigenschaften (Charakteristiken) wie die elektrostatische Kapazität und das Versatzausmaß können stabilisiert werden.Therefore become variations in the surfaces the overlap sections the internal electrode layers (hereinafter referred to as "piezoelectrically active Region " are small within the piezoelectric unit, and the characteristics (Characteristics) such as the electrostatic capacity and the Offset amount can be stabilized become.
Da weiterhin die minimale Breite L des zurückgesetzten Abschnitts und deren Variationsbreite W wie vorstehend beschrieben begrenzt werden, wird es möglich, zu verhindern, dass sich mechanische Spannung zwischen dem piezoelektrischen Keramikschichten (die nachstehend als "piezoelektrisch inaktive Region" bezeichnet sind), die an den zurückgesetzten Abschnitt in Kontakt kommen und nicht leicht während des Anlegens einer elektrischen Spannung einen Versatz verfahren, und der vorstehend beschriebene piezoelektrisch aktiven Region zu konzentrieren, und ebenfalls das Auftreten von Rissen innerhalb des piezoelektrischen Betätigungsglieds zu vermeiden. Daher kann die Haltbarkeit des piezoelektrischen Betätigungsglieds verbessert werden.There furthermore, the minimum width L of the recessed portion and whose variation width W is limited as described above, will it be possible to prevent mechanical stress between the piezoelectric Ceramic layers (hereinafter referred to as "piezoelectric inactive region"), those at the back Section come into contact and not easily during the application of an electrical Voltage offset, and the above described concentrate piezoelectric active region, and also the Occurrence of cracks within the piezoelectric actuator to avoid. Therefore, the durability of the piezoelectric actuator be improved.
Weiterhin wird die vorstehend beschriebene piezoelektrische Einheit durch Stapeln von 50 oder weniger Schichten der vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Keramikschichten hergestellt. Da die Schichtanzahl der gestapelten piezoelektrischen Einheiten auf nicht mehr als 50 begrenzt ist, kann die innerhalb der Einheit während des Anlegens der elektrischen Spannung auftretende Beanspruchung (mechanische Spannung) unterdrückt werden. Daher kann das Auftreten von Rissen, die sich innerhalb der piezoelektrischen Einheit entwickeln, verhindert werden.Farther the piezoelectric unit described above is passed through Stacking 50 or less layers of those described above produced piezoelectric ceramic layers. Because the number of layers the stacked piezoelectric units to not more than 50 is limited, the inside of the unit during the application of electrical Stress occurring stress (mechanical stress) are suppressed. Therefore, the occurrence of cracks that occur within the piezoelectric unit develop, be prevented.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung ein neues piezoelektrisches Betätigungsglied bereitgestellt, das für eine Anwendung wie bei einer Einspritzvorrichtung (Injektor) geeignet ist, im Hinblick auf die Haltbarkeit hervorragend ist und stabile Eigenschaften aufweist.As As described above, according to the first embodiment the invention provides a new piezoelectric actuator, that for an application as in an injection device (injector) suitable is outstanding in terms of durability and stable Features.
Zusätzlich zu der ersten Ausgestaltung wird gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ein piezoelektrisches Betätigungsglied mit piezoelektrischen Einheiten angegeben, die durch abwechselndes Stapeln einer piezoelektrischen Keramikschicht und einer internen Elektrodenschicht hergestellt werden, wobei die piezoelektrische Einheit durch Stapeln ein Paar externer Elektroden mit unterschiedlichen Potentialen an deren Seitenoberflächen aufweist, die internen Elektrodenschichten freiliegende Elektrodenabschnitte aufweist, die zu den Seitenoberflächen der piezoelektrischen Einheiten freiliegen und durch die freiliegenden Elektrodenabschnitte mit einer aus dem Paar der externen Elektrodenschichten verbunden sind, und die externe Elektrode als ein Verbindungsgegenstück der freiliegenden Elektrodenabschnitte abwechselnd für jede Schicht gewechselt wird, ein zurückgesetzter Abschnitt als eine Aussparungsregion der internen Elektrodenschicht, die nicht zu der Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheit erstreckt ist, teilweise in einem Randabschnitt der internen Elektrodenschicht geformt ist, und unter der Annahme, dass eine aus dem Paar der externen Elektroden eine erste externe Elektrode ist, die andere eine zweite Elektrode ist, die mit der ersten externen Elektrode verbundene interne Elektrodenschicht eine erste interne Elektrodenschicht und die mit der zweiten externen Elektrode verbundene interne Elektrodenschicht eine zweite interne Elektrodenschicht sind, die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten derart aufgebaut sind, dass: der freiliegende Elektrodenabschnitt der zweiten internen Elektrodenschicht nicht in dem Abschnitt der piezoelektrischen Einheit freiliegt, auf dem der freiliegende Elektrodenabschnitt der ersten internen Elektrodenschicht freiliegt, um ein Überlappen der freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internen Elektrodenschicht mit denjenigen der zweiten internen Elektrodenschicht zu vermeiden, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten perspektivisch in Stapelrichtung betrachtet werden, die Fläche von entweder den ersten oder den zweiten internen Elektrodenschichten größer als die Fläche der anderen internen Elektrodenschicht ist, und eine Länge A eines äußeren Umfangs A und eine Länge B eines äußeren Umfangs B die Beziehung B ≥ 0,5 × A erfüllen, wobei der äußere Umfang A den äußeren Umfang einer piezoelektrisch aktiven Region darstellt, die als Region definiert ist, in der die erste interne Elektrodenschicht und die zweite interne Elektrodenschicht sich einander überlappen, und der äußere Umfang B einen Abschnitt darstellt, in dem diejenige interne Elektrodenschicht mit der größeren Fläche der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten an dem äußeren Umfang A das äußere des äußeren Umfangs A abdeckt, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten perspektivisch in Stapelrichtung betrachtet werden.In addition to the first aspect, according to a second aspect of the invention, there is provided a piezoelectric actuator having piezoelectric units formed by alternately stacking a piezoelectric ceramic layer and an internal electrode layer, the piezoelectric unit stacking a pair of external electrodes having different potentials at the side surfaces thereof the internal electrode layer has exposed electrode portions exposed to the side surfaces of the piezoelectric units and connected to one of the pair of external electrode layers through the exposed electrode portions, and the external electrode is alternately changed for each layer as a connection counterpart of the exposed electrode portions; a recessed portion as a recess region of the internal electrode layer that does not face to the side surface of the p ieoelectric unit, partially formed in a peripheral portion of the internal electrode layer, and assuming that one of the pair of external electrodes is a first external electrode, the other is a second electrode, the internal electrode layer connected to the first external electrode a first internal electrode layer and the internal electrode layer connected to the second external electrode are a second internal electrode layer, the first and second internal electrode layers are constructed such that: the exposed electrode portion of the second internal electrode layer is not exposed in the portion of the piezoelectric unit on the the exposed electrode portion of the first internal electrode layer is exposed to overlap the exposed electrode portions of the first internal electrode layer with those of the second internal electrode layer to be avoided when the first and second internal electrode layers are viewed in perspective in the stacking direction, the area of either the first or the second internal electrode layers is larger than the area of the other internal electrode layer, and a length A of an outer circumference A and a length B of an outer circumference B satisfy the relationship B ≥ 0.5 × A, wherein the outer circumference A represents the outer periphery of a piezoelectric active region defined as a region in which the first internal electrode layer and the second internal electrode layer overlap each other and the outer periphery B represents a portion where the internal electrode layer having the larger area of the first and second internal electrode layers on the outer periphery A covers the outer of the outer periphery A when the first and second internal electrode layers are stacked in perspective be considered.
Die
Funktionen und Wirkungen der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung sind nachstehend anhand von
Wenn
die ersten internen Elektrodenschichten
Weiterhin ist die Fläche von einer der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten größer als die Fläche der anderen, und die Länge A des äußeren Umfangs A und die Länge B des äußeren Umfangs B erfüllen die Beziehung B ≥ 0,5 × A, wobei der äußere Umfang (Rand) A den äußeren Umfang der piezoelektrisch aktiven Region als den Region, in der die erste interne Elektrodenschicht und die zweite interne Elektrodenschicht einander überlappen, darstellt, und der äußere Umfang B den Abschnitt darstellt, in dem diejenige der internen Elektrodenschichten mit der größeren Fläche der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten an dem äußeren Umfang A das äußere des äußeren Umfangs A abdeckt, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten aus der Stapelrichtung gesehen werden.Farther is the area of one of the first and second internal electrode layers is greater than the area the other, and the length A of the outer circumference A and the length B of the outer circumference B fulfill the relationship B ≥ 0.5 × A, where the outer circumference (Edge) A the outer circumference the piezoelectrically active region as the region in which the first internal electrode layer and the second internal electrode layer overlap each other, represents, and the outer circumference B represents the section in which that of the internal electrode layers with the larger area of the first and second internal electrode layers on the outer periphery A the outer of the outer circumference A covers when the first and second internal electrode layers can be seen from the stacking direction.
Daher
wird eine Variation in der Fläche
der Überlappungsregion
der zwei benachbarten internen Elektrodenschichten
Weiterhin weisen in den piezoelektrischen Einheiten die internen Elektrodenschichten freiliegende Elektrodenabschnitte auf, die an den Seitenoberflächen der piezoelektrischen Einheiten freiliegen. Weiterhin sind die erste interne Elektrodenschicht und die zweite interne Elektrodenschicht derart aufgebaut, dass, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten perspektivisch in Stapelrichtung davon betrachtet werden, der freiliegende Elektrodenabschnitt der zweiten internen Elektrodenschicht nicht in dem Abschnitt freiliegt, an dem der freiliegende Elektrodenabschnitt der ersten internen Elektrodenschicht freiliegt, um ein Überlappen der freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internen Elektrodenschicht und derjenige der zweiten Elektrodenschicht zu vermeiden.Farther have the internal electrode layers in the piezoelectric units exposed electrode portions on the side surfaces of the exposed to piezoelectric units. Furthermore, the first internal electrode layer and the second internal electrode layer such that when the first and second internal electrode layers perspective view in the stacking direction thereof, the exposed one Electrode portion of the second internal electrode layer not is exposed in the portion where the exposed electrode portion the first internal electrode layer is exposed to overlap the exposed electrode portions of the first internal electrode layer and to avoid that of the second electrode layer.
Das heißt, dass sowohl die freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internen Elektrodenschicht als auch diejenigen der zweiten internen Elektrodenschicht nicht zu derselben Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheiten freiliegen. Dementsprechend wird es möglich, einen elektrischen Kurzschluss aufgrund einer Kriechentladung in den Seitenoberflächen der piezoelektrischen Einheiten zu vermeiden.The is called, that both the exposed electrode sections of the first internal Electrode layer as well as those of the second internal electrode layer not to the same page surface the piezoelectric units are exposed. Accordingly, will it is possible an electrical short circuit due to a creeping discharge in the side surfaces to avoid the piezoelectric units.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSUMMARY THE DRAWINGS
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:The The invention will be described below with reference to the drawings. Show it:
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENTS
Gemäß der vorstehend
beschriebenen ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die piezoelektrische Einheit
durch Stapeln von nicht mehr als 50 Schichten piezoelektrischer
keramischer Schichten hergestellt, wie es vorstehend beschrieben
worden ist. Dabei zeigt
Wie
aus
Weiterhin
erfüllen
in dem Querschnitt der piezoelektrischen Einheit in Stapelrichtung
die minimale Breite L und die Variationsbreite W an dem vorstehend
beschriebenen zurückgesetzten
Abschnitt die folgende Gleichung (1):
Zunächst sind
die minimale Breite L und die Variationsbreite W des zurückgesetzten
Abschnitts unter Bezugnahme auf
Ein
zurückgesetzter
Abschnitt
Die
minimale Breite L des zurückgesetzten
Abschnitts
Die
Variationsbreite W des zurückgesetzten
Abschnitts
Wenn demgegenüber die minimale Breite L 1,0 mm überschreitet, wird der piezoelektrisch aktive Bereich relativ klein im Vergleich zu derselben physikalischen Struktur und Verhalten der piezoelektrischen Vorrichtung, so dass die Versatzerzeugungskraft wahrscheinlich sich verringert.If In contrast, the minimum width L exceeds 1.0 mm, the piezoelectrically active region becomes relatively small in comparison to the same physical structure and behavior of the piezoelectric Device, so that the offset generation force is likely reduced.
Wie
aus
Gemäß der ersten
Ausgestaltung der Erfindung ist es vorzuziehen, dass die nachstehende
Gleichung (2) erfüllt
ist.
Die Funktionen und Wirkungen gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung können weiter bei Anwendung dieser Beziehung verbessert werden. Das heißt, dass die vorstehende Beziehung eine Variation der Flächen des piezoelektrisch aktiven Bereichs verhindern kann und ebenfalls die Eigenschaften wie die Versatzerzeugungsfähigkeit und dergleichen des piezoelektrischen Elements stabilisieren kann. Da die während des Anlegens der elektrischen Spannung erzeugte interne mechanische Spannung unterbunden werden kann, wird es möglich, die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Rissen in den piezoelektrischen Einheiten zu verringern.The Functions and effects according to the first Embodiment of the invention can continue to be improved upon application of this relationship. It means that the above relationship is a variation of the areas of the piezoelectrically active one Range and also properties such as offset generation capability and the like of the piezoelectric element can stabilize. Since the during the Applying the electrical voltage generated internal mechanical Voltage can be suppressed, it becomes possible the probability reduce the generation of cracks in the piezoelectric units.
Nachstehend ist eine zweite Ausgestaltung der Erfindung beschrieben.below a second embodiment of the invention is described.
Gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausgestaltung der Erfindung erfüllen die Länge A des äußeren Umfangs A und die Länge B des äußeren Umfangs B die Beziehung: B ≥ 0,5 × A, wobei der äußere Umfang A den äußeren Umfang eines piezoelektrisch aktiven Bereichs als ein Bereich darstellt, in der die erste interne Elektrodenschicht und die zweite interne Elektrodenschicht einander überlappen, und der äußere Umfang B einen Abschnitt darstellt, in dem eine der internen Elektrodenschichten mit einer größeren Fläche unter den ersten und zweiten internen Elektrodenschichten an dem äußeren Umfang A die Außenseite des äußeren Umfangs A abdeckt, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten aus der Stapelrichtung gesehen werden.According to the above described second embodiment of the invention fulfill the Length A the outer circumference A and the length B of the outer circumference B is the relationship: B ≥ 0.5 × A, where the outer circumference A the outer circumference represents a piezoelectrically active area as an area, in which the first internal electrode layer and the second internal Electrode layer overlap each other, and the outer circumference B illustrates a section in which one of the internal electrode layers with a larger area under the first and second internal electrode layers on the outer periphery A the outside the outer circumference A covers when the first and second internal electrode layers can be seen from the stacking direction.
Wenn
B < 0,5 × A gilt,
ist es wahrscheinlich, dass eine Variation der Fläche des überlappenden
piezoelektrischen aktiven Bereichs (der durch die gestrichelte Linie
in
Weiterhin ist es bei dem piezoelektrischen Betätigungsglied vorzuziehen, dass die Beziehung B ≥ 0,6 mm × A erfüllt ist. Bei Anwendung dieser Beziehung wird es möglich, eine Variation in der Fläche des piezoelektrischen aktiven Bereichs zu verringern, die durch eine Positionsabweichung während des Startens der internen Elektrodenschichten und anderer Gründe verursacht wird, und ebenfalls die Eigenschaften wie die elektrostatische Kapazität und das Versatzausmaß des piezoelektrischen Betätigungsglieds weiter zu stabilisieren.Farther it is preferable in the piezoelectric actuator that the relationship B ≥ 0.6 mm × A is satisfied. By applying this relationship, it becomes possible to have a variation in the area of the piezoelectric active region passing through a positional deviation during causing the starting of the internal electrode layers and other causes and also the properties such as the electrostatic capacity and the Offset amount of the piezoelectric actuator continue to stabilize.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass in dem piezoelektrischen Betätigungsglied die Beziehung B ≤ 0,75 × A erfüllt ist und dass die freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internen Elektrodenschicht und diejenigen der zweiten internen Elektrodenschicht nicht in derselben Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheit freiliegen. Da die Beziehung 0,6 × A ≤ B ≤ 0,75 × A erfüllt ist, können in diesem piezoelektrischen Betätigungsglied die Eigenschaften des piezoelektrischen Betätigungsglieds stabilisiert werden. Da weiterhin die freiliegenden Elektrodenabschnitte jeweils derart geformt sind, dass sie nicht in derselben Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheiten freiliegen, können die Effekte zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses aufgrund einer Kriechentladung und andere weiter verbessert werden.Farther it is preferable that in the piezoelectric actuator the relationship B ≦ 0.75 × A is satisfied and that the exposed electrode portions of the first internal Electrode layer and those of the second internal electrode layer not in the same page surface the piezoelectric unit exposed. Since the relationship 0.6 × A ≦ B ≦ 0.75 × A is satisfied, can in this piezoelectric actuator stabilizes the properties of the piezoelectric actuator become. Furthermore, since the exposed electrode sections each are shaped so that they are not in the same side surface of the Piezoelectric units can expose the effects to avoid an electrical short circuit due to a creeping discharge and others will be further improved.
Gemäß den ersten und zweiten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die interne Elektrodenschicht eine Variation oder Varianz an ihrer äußeren Kante aufweist, und dass die Breite D der Variation innerhalb von D ≤ 0,2 mm liegt.According to the first and second embodiments of the present invention, it is preferable the internal electrode layer indicates a variation or variance its outer edge and that the width D of the variation is within D ≦ 0.2 mm.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, zu vermeiden, dass Beanspruchung (Spannung) sich an dem äußeren Umfang der internen Elektrodenschicht konzentriert, wobei außerdem die Haltbarkeit des piezoelektrischen Betätigungsglieds weiter verbessert werden kann.According to this embodiment Is it possible, To avoid stress (strain) on the outer circumference the internal electrode layer is concentrated, wherein also the Durability of the piezoelectric actuator further improved can be.
Nachstehend
ist die Variationsbreite D des äußeren Rands
der internen Elektrodenschicht unter Bezugnahme auf
Die
interne Elektrodenschicht wird beispielsweise durch Siebdruck auf
einem Ausgangsmaterial (green sheet) gebildet, das nach einem Brennen
in eine piezoelektrische Keramikschicht umgewandelt wird.
Wie
es in
Wenn die Variationsbreite D größer als 0,2 mm ist, tritt eine große interne Beanspruchung (Spannung) beim Anlegen der elektrischen Spannung auf, und es ist wahrscheinlich, dass sich Risse innerhalb der piezoelektrischen Einheit entwickeln.If the variation width D is greater than 0.2 mm, a large occurs Internal stress (voltage) when applying the electrical voltage on, and it is likely that cracks within the piezoelectric Develop unity.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die externe Elektrode vollständig den freiliegenden Elektrodenabschnitt abdeckt.Farther For example, it is preferable that the external electrode completely cover the covers exposed electrode section.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Variation der Kopplungsfläche des freiliegenden Elektrodenabschnitts mit der externen Elektrode zu verringern, um dadurch Versatzübergangseigenschaften zu stabilisieren. Weiterhin können nachteilige Effekte der äußeren Umgebung der internen Elektrodenschichten verhindert werden.According to this embodiment Is it possible, the variation of the coupling surface of the exposed electrode portion with the external electrode to thereby reduce offset transition characteristics. Furthermore you can adverse effects of the external environment the internal electrode layers are prevented.
Weiterhin ist bei dem piezoelektrischen Betätigungsglied vorzuziehen, dass der Abstand von dem Grenzabschnitt zwischen dem freiliegenden Elektrodenabschnitt auf der Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheit und dem zurückgesetzten Abschnitt zu der auf der Seitenoberfläche des zurückgesetzten Abschnitts der piezoelektrischen Einheit angeordneten externen Elektrode zumindest 0,2 mm im Hinblick auf den kürzesten Abstand entlang der Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheit ist.Farther is preferable in the piezoelectric actuator that the distance from the boundary portion between the exposed electrode portion on the side surface the piezoelectric unit and the recessed portion to the on the side surface of the reset Section of the piezoelectric unit disposed external electrode at least 0.2 mm in terms of the shortest distance along the side surface the piezoelectric unit is.
Wenn der Abstand von dem Grenzabschnitt zwischen dem freiliegenden Elektrodenabschnitt und dem zurückgesetzten Abschnitt zu der auf der Seitenoberfläche des zurückgesetzten Abschnitts angeordneten externen Elektrode geringer als 0,2 mm ist, ist es wahrscheinlich, dass eine Kriechentladung auf der Oberfläche des piezoelektrischen Betätigungsglieds auftritt.When the distance from the boundary portion between the exposed electrode portion and the recessed portion to that arranged on the side surface of the recessed portion ex If the electrode is less than 0.2 mm, it is likely that a creeping discharge will occur on the surface of the piezoelectric actuator.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass das piezoelektrische Betätigungsglied durch Stapeln einer Vielzahl von vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Einheiten aufgebaut ist.Farther it is preferable that the piezoelectric actuator by stacking a plurality of piezoelectric ones described above Units is constructed.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann ein weiter erhöhtes gewünschtes Versatzausmaß durch Stapeln der piezoelektrischen Einheiten erhalten werden, die das vorbestimmte Versatzausmaß aufweisen.According to this embodiment can be a more elevated desired Offset amount by stacking of the piezoelectric units which are the predetermined ones Have offset amount.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die äußerste Schicht der piezoelektrischen Einheiten aktiv ist, das heißt, eine Aktivität aufweist.Farther it is preferable that the outermost layer the piezoelectric units is active, that is, one activity having.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, das Versatzausmaß pro Einheitslänge des piezoelektrischen Betätigungsglieds in Stapelrichtung zu erhöhen, das durch Stapeln einer Vielzahl piezoelektrischer Einheiten aufgebaut ist, und das Auftreten von Rissen durch Verringern der internen mechanischen Spannung zu unterdrücken, die an der Schnittstelle zwischen der äußersten Schicht als die äußerste piezoelektrische Schicht und die interne Antriebsschicht auftritt.According to this embodiment Is it possible, the offset amount per unit length the piezoelectric actuator to increase in the stacking direction, This is constructed by stacking a plurality of piezoelectric units is, and the occurrence of cracks by reducing the internal to suppress mechanical stress those at the interface between the outermost layer as the outermost piezoelectric Layer and the internal drive layer occurs.
Es sei bemerkt, dass der hier verwendete Begriff "aktiv" bedeutet, dass die Feldstärke in der äußersten Schicht während des Betriebs das elektrische Koerzitivfeld in einem inneren Abschnitt der piezoelektrischen Einheit überschreitet.It It should be noted that the term "active" as used herein means that the field strength in the outermost layer while of the operation, the electrical coercive field in an inner section exceeds the piezoelectric unit.
Dies
ist nachstehend weiter unter Bezug auf
In
Wie
aus
Nachstehend
ist das elektrische Koerzitivfeld (die elektrische Koerzitivfeldstärke) unter
Bezugnahme auf
Gemäß
Wenn danach die Feldstärke einen Punkt B erreicht, wird die Feldstärke allmählich verringert. Der Versatzausmaß verringert sich allmählich zu dieser Zeit mit einem Abfall der Feldstärke. Die Feldstärke wird allmählich und kontinuierlich in der zu der Polarisationsrichtung entgegen gesetzten Richtung verringert, selbst nachdem die Feldstärke Null (0) erreicht. Das Versatzausmaß verringert sich mit kleiner werdender Feldstärke weiter. Wenn die Feldstärke einen Punkt C erreicht, ändert sich das Versatzausmaß abrupt, um anzusteigen. Der Absolutwert der Feldstärke an diesem Punkt ist die elektrische Koerzitivfeldstärke Ec, auf die sich in der vorliegenden Erfindung bezogen wird.If then the field strength reaches a point B, the field strength is gradually reduced. The offset amount is reduced gradually at this time with a drop in field strength. The field strength is gradually and continuously in the direction opposite to the polarization direction set direction decreases, even after the field strength is zero (0) reached. The offset amount is reduced continue with decreasing field strength. When the field strength is one Reached point C, changes the amount of offset is abrupt, to increase. The absolute value of the field strength at this point is the electrical coercive field strength Ec referred to in the present invention.
Nach Erreichen eines Punktes D wird die Feldstärke erneut erhöht. Das Versatzausmaß verringert sich diesmal mit dem Anstieg der Feldstärke. Wenn die Feldstärke weiter in die Polarisationsrichtung nach Erreichen von Null (0) erhöht wird, ändert diese sich abrupt zu einem Anstieg. Da der Punkt B und der Punkt C in einigen Fällen unterschiedlich sind, ist die elektrische Koerzitivfeldstärke beim Anlegen der elektrischen Spannung in der Zuleitpolarisationsrichtung entgegen gesetzten Richtung als Ec gemäß der vorliegenden Erfindung definiert.To Reaching a point D, the field strength is increased again. The Reduced offset amount This time with the increase in field strength. If the field strength continues is increased in the polarization direction after reaching zero (0), it changes abruptly to a rise. Since the point B and the point C in some make are different, is the electrical coercive force when applying the electrical voltage in the Zuleitpolarisationsrichtung opposite set direction as Ec according to the present Invention defined.
Es
sei bemerkt, dass, wie es in
Die äußerste Schicht der piezoelektrischen Einheiten kann mit unterschiedlichen Verfahren behandelt werden, um die äußerste Schicht in den aktiven Zustand zu versetzen. Ein geeignetes Verfahren weist ein Verfahren zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die äußerste Schicht auf, an die normalerweise keine elektrische Spannung angelegt wird. Als Ergebnis kann die äußerste Schicht in eine piezoelektrische aktive Schicht umgewandelt werden, wenn die elektrische Spannung angelegt wird.The outermost layer The piezoelectric units can be used with different methods be treated to the outermost layer to put into the active state. A suitable method has a method of applying an electric voltage to the outermost layer to which normally no electrical voltage is applied. As a result, the outermost layer be converted into a piezoelectric active layer, if the electrical voltage is applied.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die vorstehend beschriebene piezoelektrische Keramikschicht aus einem PZT-Material gebildet ist.Farther it is preferable that the above-described piezoelectric Ceramic layer is formed of a PZT material.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, hervorragende Eigenschaften des PZT-Materials, das heißt, allgemein Oxide mit einer Perovskitstruktur des Typs Pb(Zr, Ti)O3, um dadurch das Leistungsvermögen des piezoelektrischen Betätigungsglieds wie des Injektors zu verbessern.According to this embodiment, it is possible to improve excellent properties of the PZT material, that is, generally, oxides having a perovskite structure of the Pb (Zr, Ti) O 3 type , thereby improving the performance of the piezoelectric actuator such as the injector.
Bei der Umsetzung der Erfindung kann zumindest eine aus Ag, Pd, Cu, Ni, Au und Pt ausgewählte Metallart bei der Erzeugung der internen Elektrodenschicht verwendet werden. Das Metall kann alleine oder in Kombination verwendet werden.at At least one of Ag, Pd, Cu, Ni, Au and Pt selected metal species be used in the generation of the internal electrode layer. The metal can be used alone or in combination.
Zusätzlich ist es vorzuziehen, dass das vorstehend beschriebene piezoelektrische Betätigungsglied für den Injektor verwendet wird.In addition is it is preferable that the above-described piezoelectric Actuator for the injector is used.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann eine hervorragende Haltbarkeit des piezoelektrischen Betätigungsglieds in dem Injektor geboten werden.According to this embodiment can excellent durability of the piezoelectric actuator be offered in the injector.
BEISPIELEEXAMPLES
Beispiel 1example 1
Nachstehend
ist ein piezoelektrisches Betätigungsglied
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf
Wie
es in
Jede
piezoelektrische Einheit
Weiterhin
ist ein zurückgesetzter
Abschnitt als Aussparungsregion, in der jede interne Elektrodenschicht
Wie
es in
Das
piezoelektrische Betätigungsglied
Wie
es in
Jede
der internen Elektrodenschichten
Die
externen Elektroden
Weiterhin
weist, wie es in
Nachstehend
ist das Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Betätigungsglieds
gemäß diesem Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf
Das piezoelektrische Betätigungsglied gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann unter Verwendung eines Ausgangsmaterialplattenverfahrens (green sheet method) erzeugt werden, das allgemein herkömmlich bei der Herstellung eines geschichteten piezoelektrischen Betätigungsglieds verwendet wird. Das Ausgangsmaterial bzw. die Ausgangsmaterialplatte (green sheet) wird in der nachstehend beschriebenen Weise vorbereitet.The piezoelectric actuator according to this embodiment can be measured using a starting material plate method (green Sheet method), which is generally conventional in the production a layered piezoelectric actuator is used. The starting material or the starting material plate (green sheet) is prepared in the manner described below.
Zunächst werden Bleioxid-, Zirkonoxid-, Titanoxid-, Niobiumoxid-, Strontiumkarbonatpulver und dergleichen als Hauptstartmaterialien für das piezoelektrische Material in Abhängigkeit von der gewünschten Zusammensetzung durch ein bekanntes Verfahren gewichtet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die Materialien derart vorbereitet, dass die endgültige Zusammensetzung ein sog. PZT (Blei-Zirkon-Titanat) wird, wobei ebenfalls die Startmaterialien in eine Zusammensetzung gemischt werden, die um 1 bis 2 % reicher im Bleich als die stöichiometrische Zusammensetzung ist, unter Berücksichtigung der Verdampfung des Bleis. Diese Startmaterialien werden in einem Mischer trocken gemischt und dann bei 800 bis 950°C kalziniert.First, be Lead oxide, zirconia, titania, niobium oxide, strontium carbonate powder and the like as main starting materials for the piezoelectric material dependent on from the desired Composition weighted by a known method. According to this embodiment the materials are prepared so that the final composition a so-called. PZT (lead zirconium titanate) is, where also the starting materials be mixed in a composition that richer by 1 to 2% in bleach than the stoichiometric Composition is, taking into account the evaporation of the lead. These starting materials are in one Mix mixer dry and then calcined at 800 to 950 ° C.
Danach werden destilliertes Wasser und ein Dispergiermittel zu den kalzinierten Pulvern hinzugefügt, um eine Aufschlämmung vorzubereiten, die dann nass unter Verwendung einer Mediumrührmühle pulverisiert wird.After that Distilled water and a dispersant are among the calcined Added powders to a slurry which is then wet pulverized using a medium mixer.
Nachdem das Ergebnis (das Pulver) getrocknet und entfettet ist, wird ein Lösemittel, ein Bindemittel, ein Weichmacher, ein Dispergiermittel usw. hinzugefügt, und die resultierende Mischung wird in einer Kugelmühle gemischt. Die Aufschlämmung wird dann im Vakuum (in vacuo) entschäumt (de-foamed), und ihre Viskosität wird gesteuert, während sie mit einem Rührer in einer Vakuumausrüstung gerührt wird.After this the result (the powder) is dried and degreased, becomes one Solvents a binder, a plasticizer, a dispersing agent, etc. are added, and the resulting mixture is mixed in a ball mill. The slurry will then defoamed in vacuo (de-foamed), and their viscosity is controlled while she with a stirrer in a vacuum equipment touched becomes.
Danach wird die Aufschlämmung in Ausgangsmaterial (green sheet) mit einer vorbestimmten Dicke unter Verwendung eines Abstreifgeräts (doctor blade apparatus) geformt.After that gets the slurry in starting material (green sheet) having a predetermined thickness below Use of a scraper (doctor blade apparatus).
Dann wird das wiederhergestellte (recovered) Ausgangsmaterial entweder durch ein Pressgerät (eine Stanze) ausgestanzt oder wird durch ein Messer geschnitten, um rechteckige Körper mit einer vorbestimmten Größe zu erhalten.Then becomes the recovered source material either by a pressing device punched out or cut by a knife, around rectangular bodies with a predetermined size.
Danach
wird, wie es in
Ein
Muster der Ag/Pd-Paste, die etwas kleiner als die Oberfläche des
Ausgangsmaterials
Gemäß dem veranschaulichten
Ausführungsbeispiel
wird eine vorbestimmte Stapelanzahl von Ausgangsmaterialien
Danach
werden die Ausgangsmaterialien, bei denen jeweils die internen Elektrodenschichten
Dabei
sei bemerkt, dass in
Ein
gestapelter Körper
(Stapelkörper)
Danach
wird der Stapelkörper
Nach
der Erzeugung der zwanzig (20) piezoelektrischen Einheiten
Zunächst werden
aus Ag hergestellte externe Elektroden
Die
externe Elektrode
Die
externe Elektrode wird an der Position jeder piezoelektrischen Einheit
Danach
wird durch Anlegen einer Gleichspannung über die externen Elektroden
Danach
werden, wie es in
In
dem piezoelektrischen Betätigungsglied
Gemäß diesem Beispiel werden andere piezoelektrische Betätigungsglieder in derselben Weise wie die Herstellung des Musters E1 mit der Voraussetzung (proviso) hergestellt, dass die Anzahl der gestapelten piezoelektrischen Keramikschichten, die minimale Breite L des zurückgesetzten Abschnitts und deren Variationsbreite W geändert werden. Die resultierenden Produkte werden als "Muster E2 bis E5", "Muster Es1 bis Es4" und "Muster C1 bis C4" bezeichnet. Die Einzelheiten dieser Muster sind in Tabelle 1 zusammengefasst.According to this Example will be other piezoelectric actuators in the same Way of making the pattern E1 with the proviso made such that the number of stacked piezoelectric ceramic layers, the minimum width L of the reset Section and its variation width W are changed. The resulting Products are called "patterns E2 to E5 "," patterns Es1 to Es4 "and" patterns C1 to C4 " Details of these patterns are summarized in Table 1.
Nach der Erzeugung dieser Muster wird an jedes der Muster E1 bis E5, der Muster Es1 bis Es4 und der Muster C1 bis C4 eine elektrische Spannung angelegt, um die Haltbarkeit und Stabilität jedes Musters gemäß dem nachstehenden Verfahren zu untersuchen.To the generation of these patterns is applied to each of the patterns E1 to E5, the patterns Es1 to Es4 and the patterns C1 to C4 an electrical Voltage applied to the durability and stability of each Pattern according to the following Procedure to investigate.
Zunächst werden zehn (10) Muster jedes der Muster E1 bis E5 und der Muster C1 bis C4 bereitgestellt, und werden Betriebstest 4 × 108 mal durch Anlegen einer positiven Antriebsspannung von 150 V ohne Anlegen einer negativen elektrischen Spannung ausgeführt. Die Muster werden beobachtet, um zu bestimmen, ob ein Kurzschluss während des Betriebs der Muster erzeugt wurde oder nicht. Muster, die keinen Kurzschluss in jedem Test erfahren haben, werden als beurteilt, Muster, die einen Kurzschluss in irgendeinem der zwischen 2 × 108 mal bis 4 × 108 mal ausgeführten Tests erfahren haben, werden als O beurteilt, und Muster, die einen oder mehrere Kurzschlüsse vor den 2 × 108-ten Betrieb erfahren haben, werden als X beurteilt.First, ten (10) patterns of each of the patterns E1 to E5 and the patterns C1 to C4 are provided, and operating tests are carried out 4 × 10 8 times by applying a positive drive voltage of 150 V without applying a negative electric voltage. The patterns are observed to determine whether or not a short circuit has been generated during operation of the patterns. Patterns that have not been short-circuited in each test are called , patterns that have undergone a short circuit in any of the tests performed between 2 × 10 8 times to 4 × 10 8 times are judged to be O, and patterns that undergo one or more shorts before the 2 × 10 8th operation have, are judged as X.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.The Results are summarized in Table 1.
Tabelle 1 Table 1
Aus Tabelle 1 geht hervor, dass die Muster E1 bis E5 und die Muster Es1 bis Es4 nicht mehr als 50 piezoelektrische Keramikschichten aufweisen, und dass die minimale Breite L und die Variationsbreite W des zurückgesetzten Abschnitts innerhalb des Bereichs von 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm und W ≤ 0,5 mm jeweils liegen. Die Muster E1 bis E5 und die Muster Es1 bis Es4 erfahren keinen Kurzschluss während des Betriebs bis zum 2 × 108-ten Mal und sind hervorragend in Hinblick auf Haltbarkeit und Betriebstabilität.As is apparent from Table 1, the patterns E1 to E5 and the patterns Es1 to Es4 have not more than 50 piezoelectric ceramic layers, and the minimum width L and the variation width W of the recessed portion are within the range of 0.1 mm ≦ L ≦ 1.0 mm and W ≤ 0.5 mm respectively. The patterns E1 to E5 and the patterns Es1 to Es4 do not short-circuit during operation to 2 × 10 8 times, and are excellent in durability and operational stability.
Insbesondere erfahren die Muster Es1, Es3 und Es4, in denen die minimale Breite L und die Variationsbreite W des zurückgesetzten Abschnitts auf dem Bereich von 0,2 mm ≤ L ≤ 0,6 mm und W ≤ 0,3 mm jeweils eingestellt wurden, keinen Kurzschluss während des Betriebs bis zum dem 4 × 108-ten Mal, und zeigen daher eine noch hervorragenderere Haltbarkeit und Stabilität.Specifically, the patterns Es1, Es3, and Es4 in which the minimum width L and the variation width W of the recessed portion are set to be in the range of 0.2 mm ≦ L ≦ 0.6 mm and W ≦ 0.3 mm, respectively, none Short circuit during operation up to the 4 × 10 8th time, and therefore show even more excellent durability and stability.
In
den Mustern E1 bis E9 und den Mustern Es1 bis Es4 weist jede piezoelektrische
Einheit
Demgegenüber weisen die Muster C1 und C2 eine größere Anzahl von piezoelektrischen Einheiten auf, die 50 Schichten überschreiten. Weiterhin sind in den Mustern C3 und C4 die minimale Breite L und die Variationsbreite W des zurückgesetzten Abschnitts jeweils außerhalb des Bereichs von 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm und W ≤ 0,5 mm. In den Mustern C1 bis C4 tritt ein Kurzschluss während des Betriebs bis zum 2 × 108-ten Mal in allen Mustern auf, so dass Haltbarkeit und Stabilität nicht ausreichend sind.On the other hand, the patterns C1 and C2 have a larger number of piezoelectric units exceeding 50 layers. Further, in the patterns C3 and C4, the minimum width L and the variation width W of the recessed portion are each outside the range of 0.1 mm ≦ L ≦ 1.0 mm and W ≦ 0.5 mm. In the patterns C1 to C4, a short circuit occurs during operation to 2 × 10 8 times in all patterns, so that durability and stability are not sufficient.
Beispiel 2Example 2
Dieses
Beispiel soll die Herstellung zweier piezoelektrischer Betätigungsglieder
Die
piezoelektrischen Betätigungsglieder
gemäß diesem
Beispiel werden wie in
In
den Mustern E6 und E7 sind die internen Elektrodenschichten
Wenn
die freiliegenden Elektrodenabschnitte
Beispiel 3Example 3
Dieses Beispiel soll ein piezoelektrisches Betätigungsglied gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung erläutern.This Example is a piezoelectric actuator according to the second Explain embodiment of the invention.
Das
piezoelektrische Betätigungsglied
gemäß diesem
Beispiel ist das piezoelektrische Betätigungsglied
Die
internen Elektrodenschichten
Wie
es in
Eine
aus dem Paar der externen Elektroden wird als "erste externe Elektrode
Die
Fläche
einer der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten
Wenn
die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten
Das
Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Betätigungsglieds
Gemäß dem Beispiel
8 sind die erste interne Elektrodenschicht
Wenn
die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten
Es
sei bemerkt, dass
Gemäß diesem
Beispiel werden zusätzlich
zu der Herstellung des Musters E8 piezoelektrische Betätigungsglieder
mit unterschiedlichen Mustern der internen Elektrodenschichten gegenüber denjenigen
des Musters E8 wie in
In
den Mustern E8 bis E10 liegt die zweite interne Elektrodenschicht
Weiterhin erfüllen in den Mustern E8 bis E10 die Länge A des äußeren Rands A und die Länge B des äußeren Rands B die Beziehung: B ≥ 0,5 × A.Farther fulfill in the patterns E8 to E10 the length A of the outer edge A and the length B of the outer edge B is the relationship: B ≥ 0.5 × A.
Als Ergebnis können die piezoelektrischen Betätigungsglieder der Muster E8 bis E10 das Auftreten einer Kriechentladung an ihren Seitenoberflächen vermeiden.When Result can the piezoelectric actuators the pattern E8 to E10 the occurrence of a creeping discharge at their side surfaces avoid.
Weiterhin
wird eine Variation in der Fläche
der piezoelektrisch aktiven Region
Weiterhin
ergeben sich, wenn die internen Elektrodenschichten
Wenn
beispielsweise die internen Elektrodenschichten
Demgegenüber zeigt
Wie
es in
Das
heißt,
wenn eine der internen Elektrodenschichten
Weiterhin
zeigt
Wie
aus
Beispiel 4Example 4
Dieses Beispiel soll ein piezoelektrisches Betätigungsglied erläutern, das eine Variation an dem äußeren Umfang der internen Elektrodenschicht aufweist.This Example is intended to explain a piezoelectric actuator, the a variation on the outer circumference having the internal electrode layer.
Das
piezoelektrische Betätigungsglied
gemäß diesem
Beispiel kann durch das Ausgangsmaterialplattenverfahren (green
sheet method) in derselben Weise wie gemäß Beispiel 1 hergestellt werden.
Die Form der internen Elektrodenschicht, die in der piezoelektrischen
Keramikschicht geformt wird, ist dieselbe wie die Form von Muster
E6 gemäß Beispiel
2 (vgl.
Sechs (6) piezoelektrische Betätigungsglieder werden durch das Siebdruckverfahren durch Ändern der minimalen Breite L und der Variationsbreite W des zurückgesetzten Abschnitts in derselben Weise wie gemäß Beispiel 1 hergestellt. Die resultierenden Muster werden "Muster E11 bis E16" genannt. Die minimale Breite L und die Variationsbreite W jedes Musters sind in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefasst.six (6) piezoelectric actuators are screen printed by changing the minimum width L and the variation width W of the recessed portion in the same Way as example 1 produced. The resulting patterns are called "patterns E11 to E16". The minimum width L and the variation width W of each pattern is shown in the table below 2 summarized.
Weiterhin werden sechs (6) piezoelektrische Betätigungsglieder in derselben Weise wie die Muster E11 bis E16 unter der Bedingung hergestellt, dass die Größe des Siebgitters (screen mesh) zur Bildung der internen Elektrodenschichten auf der Ausgangsmaterialplatte der piezoelektrischen Keramikschicht in dem Ausgangsmaterialplattenverfahren geändert ist. Die resultierenden Muster werden als "Muster E11a bis E16a" bezeichnet.Farther become six (6) piezoelectric actuators in the same Way as the patterns E11 to E16 produced under the condition that the size of the sieve grid (screen mesh) to form the internal electrode layers on the Starting material plate of the piezoelectric ceramic layer in the starting material plate method changed is. The resulting patterns are referred to as "patterns E11a to E16a".
Wie
es in
Die Messung der Variation der äußeren Kante der internen Elektrodenschicht wird durch eine Dimensionsabmessung unter Verwendung von SEM-Photographien (SEM = Abtastelektronenmikroskop, Scanning Electron Microscope) durchgeführt.The Measurement of the variation of the outer edge the internal electrode layer is defined by a dimensional dimension using SEM photographs (SEM = scanning electron microscope, Scanning Electron Microscope).
Tabelle 2 zeigt die Einzelheiten der Muster E11 bis E16 und der Muster E11a bis E16a.table Fig. 2 shows the details of the patterns E11 to E16 and the pattern E11a to E16a.
Gemäß diesem Beispiel wurden die 4 × 108 Betriebstests der Muster E11 bis E16 und der Muster E11a bis E16a durch Anlegen einer elektrischen Spannung an jedes Muster in derselben Weise wie gemäß Beispiel durchgeführt. Die Muster wurden beobachtet, um zu bestimmen, ob während des Betriebs der Muster Kurzschlüsse erzeugt worden sind oder nicht. Muster, die keinen Kurzschluss in jedem Test erfahren haben, werden als beurteilt, Muster, die in irgendeinem Test zwischen dem 2 × 108-ten Test und dem 4 × 108-ten Test einen Kurzschluss erfahren, werden als O beurteilt, und Muster, die einen oder mehrere Kurzschlüsse vor den 2 × 108-ten Betrieb erfahren, werden als X beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.According to this example, the 4 x 10 8 operation tests of the patterns E11 to E16 and the patterns E11a to E16a were performed by applying an electric voltage to each pattern in the same manner as in the example. The patterns were observed to determine whether shorts were generated during operation of the pattern or not. Patterns that have not been short-circuited in each test are called For example, samples that short-circuit in any test between the 2 × 10 8th test and the 4 × 10 8 th test are judged to be O, and patterns that cause one or more shorts to occur before the 2 × 10 8 test . experienced operations are assessed as X. The results are summarized in Table 2.
Tabelle 2 Table 2
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, zeigte keines der Muster E11 bis E16 und der Muster E11a bis E16a einen Kurzschluss bis zur 2,0 × 108-ten Ausführung des Betriebs, weshalb diese eine hohe Haltbarkeit aufweisen.As is apparent from Table 2, none of the patterns E11 to E16 and the patterns E11a to E16a showed a short circuit to the 2.0 x 10 8th execution of the operation, and therefore they have a high durability.
Jedoch trat zwischen der 2 × 108-ten und der 4 × 108-ten Ausführung des Betriebs in den Mustern E11a und E13a bis E16a ein Kurzschluss auf.However, a short circuit occurred between the 2 × 10 8th and the 4 × 10 8th operation in the patterns E11a and E13a to E16a.
Im Gegensatz dazu zeigen die Muster E11, und E13 bis E16, die dieselbe minimale Breite L und dieselbe Variationsbreite W wie die Muster E11a und E13a bis E16a aufweisen, jedoch unterschiedliche Variationsbreiten D aufweisen, keinen Kurzschluss bis zu der 4 × 108-ten Ausführung des Betriebs und weisen eine höhere Haltbarkeit auf.In contrast, the patterns E11, and E13 to E16 having the same minimum width L and the same variation width W as the patterns E11a and E13a to E16a but having different variation widths D do not show a short circuit up to the 4 × 10 8th embodiment of operation and have a higher durability.
Zur
weiteren Untersuchung dieser Ergebnisse sind die Ergebnisse von
Tabelle 2 in
In
Wie
aus
Wie
jedoch aus
Demgegenüber erfahren,
wie es aus
Wie aus dem Vorhergehenden hervorgeht, kann die Haltbarkeit der piezoelektrischen Betätigungsglieder weiter durch Halten der Variationsbreite D der internen Elektrodenschichten innerhalb von 0,2 mm verbessert werden.As From the foregoing, the durability of the piezoelectric can actuators by further holding the variation width D of the internal electrode layers be improved within 0.2 mm.
Beispiel 5Example 5
Dieses Beispiel soll ein piezoelektrisches Betätigungsglied erläutern, bei dem der Abstand von einem Grenzabschnitt zwischen dem freiliegenden Elektrodenabschnitt und dem zurückgesetzten Abschnitt der piezoelektrischen Einheit zu der an der Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheit auf der Seite des zurückgesetzten Abschnitts angeordneten externen Elektrode auf zumindest 0,2 mm als der kürzeste Abstand entlang der Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheit eingestellt ist.This Example is intended to explain a piezoelectric actuator, in the distance from a boundary section between the exposed Electrode section and the reset Section of the piezoelectric unit to that on the side surface of piezoelectric unit disposed on the side of the recessed portion external electrode to at least 0.2 mm as the shortest distance along the side surface the piezoelectric unit is set.
Wie
es in
In
dem Muster E17 weist die interne Elektrodenschicht
Die
interne Elektrodenschicht
Daher
ist, wie es in
Weiterhin
beträgt
bei dem Muster E17 der Abstand c von dem Grenzabschnitt
Somit
wird es möglich,
das Auftreten einer Kriechentladung auf den Seitenoberflächen des
piezoelektrischen Betätigungsglieds
wirksam zu verhindern, wenn die internen Elektrodenschichten
Beispiel 6Example 6
Dieses Beispiel soll die Herstellung eines piezoelektrischen Betätigungsglieds erläutern, bei dem die äußerste Schicht der piezoelektrischen Einheit Aktivität aufweist.This Example is the production of a piezoelectric actuator explain, where the outermost layer the piezoelectric unit has activity.
Zunächst wird,
wie es in
Danach
werden zwei externe Elektroden
Weiterhin
weist die externe Elektrode
Danach
werden die piezoelektrischen Einheiten
In
dem Muster E18 sind die Verzweigungsabschnitte
In
dem resultierenden piezoelektrischen Betätigungsglied erfährt die äußerste Schicht
Wie
es vorstehend beschrieben worden ist, weist ein piezoelektrisches
Betätigungsglied
(
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