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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein laminiertes piezoelektrisches
Element, das zum Beispiel bei einem piezoelektrischen Aktuator angewendet
wird, und auf ein Verfahren zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen
Elements.
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In
den letzten Jahren wurde die Entwicklung einer Einspritzvorrichtung
zum Einspritzen von Kraftstoff in ein Fahrzeug verfolgt, das das
laminierte piezoelektrische Element verwendet, und zwar unter dem
Aspekt einer Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und einer
Behandlung des Abgases des Fahrzeugs.
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Ein
laminiertes piezoelektrisches Element hat im Allgemeinen ein keramisches
Laminat mit piezoelektrischen Lagen, die aus einem piezoelektrischen
Material zusammengesetzt sind, und mit inneren Elektroden lagen
mit einer elektrischen Leitfähigkeit,
die abwechselnd gestapelt sind, wobei äußere Elektroden an Seitlichen
Bereichen des keramischen Laminates verbunden sind, und die gesamten
Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates sind mit einem isolierenden
Kunstharz vergossen. Das laminierte piezoelektrische Element ist
so aufgebaut, dass es durch eine Versetzung in den piezoelektrischen
Lagen angetrieben wird, in dem eine elektrische Spannung zwischen
den inneren Elektrodenlagen aufgebracht wird.
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Verschiedene
Probleme sind herkömmlicher Weise
aufgrund von unterschiedlichen Umgebungen aufgetreten, zum Beispiel
bei einer Verwendung unter einer hohen Temperatur und einer hohen
Luftfeuchtigkeit in einer langen Zeitperiode, und zwar in Fällen, bei
denen das laminierte piezoelektrische Element als ein piezoelektrischer
Aktuator einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff
in eine Fahrzeugkraftmaschine verwendet wird.
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Zum
Beispiel wird das isolierende Kunstharz an dem gesamten Seitlichen
Bereich des keramischen Laminats vergossen, und eine elektrisch
isolierende Eigenschaft wird gewährleistet.
Jedoch gibt es außerdem
ein Problem, das Defekte wie zum Beispiel eine unzureichende Isolierung
hervorgerufen werden, wenn sich das isolierende Kunstharz von dem
Seitlichen Bereich des keramischen Laminates aufgrund der Expansion
und Kontraktion der piezoelektrischen Lagen während einer Antriebsperiode
abschält,
oder es treten Risse im Inneren des isolierenden Kunstharzes aufgrund
einer fehlenden Flexibilität
auf, die der Expansion und Kontraktion der piezoelektrischen Lagen
Stand halten soll. Die Defekte werden bedeutend, da in einem Fall
zum Erreichen einer höheren
Abgabe die Versetzungen der piezoelektrischen Lagen größer werden
(siehe japanische ungeprüfte
Patentoffenlegungsschrift JP-6-252469).
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Um
derartige Probleme zu lösen,
wurden verschiedene Verfahren zum Verbessern einer Haftung und Isolierung
des Isolierenden Kunstharzes vorgeschlagen.
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Zum
Beispiel schlagen die japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschriften
JP-5-160458 und JP-2003-17768 Verfahren zum Sichern der Isolierung
durch Beschichten eines Silikonkunstharzes und dergleichen an dem
laminierten piezoelektrischen Element vor. Jedoch ist ein Potential
für das beschichtete
Kunstharz vorhanden, das es sich während den unterschiedlichen
Bedingungen abschält, die
vorstehend beschrieben sind.
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Die
japanische ungeprüfte
Patentoffenlegungsschrift JP-7-7193 schlägt ein Verfahren zum Sichern
eines Feuchtigkeitswiderstandes durch Beschichten eines Glasisolationsmateriales
an dem laminierten piezoelektrischen Element vor. Jedoch gibt es
ein Potential, das Risse auftreten, und dass die Isolierung zerstört wird,
da das Glasisolationsmaterial keine Flexibilität aufweist, mit der sie der
Expansion und Kontraktion der piezoelektrischen Lagen stand hält.
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Des
Weiteren hat bei einer anderen Bauart das laminierte piezoelektrische
Element ein keramisches Laminat, das zum Beispiel aus piezoelektrischen
Lagen, die aus einem piezoelektrischen Material bestehen, und inneren
Elektrodenlagen mit einer elektrischen Leitfähigkeit zusammengesetzt ist,
die abwechselnd gestapelt sind, wobei äußere Elektroden mit Seitlichen
Bereichen des keramischen Laminats verbunden sind. Das laminierte
piezoelektrische Element ist so aufgebaut, dass es durch eine Versetzung
in den piezoelektrischen Lagen angetrieben wird, und zwar durch
Aufbringen einer elektrischen Spannung zwischen den inneren Elektrodenlagen.
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Ein
derartiges laminiertes piezoelektrisches Element wird zum Beispiel
mit den äußeren Elektroden
unter Verwendung eines elektrisch leitenden Klebemittels verbunden.
Die japanische ungeprüfte
Patentoffenlegungsschrift JP-6-252469 beschreibt einen Artikel,
in dem das elektrisch leitende Klebemittel an den Seitlichen Bereichen
des keramischen Laminates aufgebracht wird, und die äußeren Elektroden werden
damit verbunden. Die japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschriften
JP-2002-285937 und
JP-2004-95593 beschreiben Artikel, in denen Metall oder dergleichen
an den Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates gebacken ist,
und das elektrisch leitende Klebemittel wird daran aufgebracht,
und des Weiteren werden die äußeren Elektroden
damit verbunden.
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Jedoch
haben derartige laminierte piezoelektrische Elemente, wie sie in
der vorstehend genannten Literatur beschrieben sind, Probleme dahingehend,
dass ein Defekt an Verbindungsabschnitten der äußeren Elektroden aufgrund einer
wiederholten Expansion und Kontraktion und dergleichen während einer
Antriebsperiode verursacht werden. Es besteht insbesondere ein Problem,
dass sich das elektrisch leitende Klebemittel abschält, dass
die äußeren Elektroden
verbindet.
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Daher
ist ein laminiertes piezoelektrisches Element gewünscht, das
einen Aufbau mit einer ausgezeichneten Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
aufweist, der das Abschälen
des elektrisch leitenden Klebemittels unterbinden kann und der die äußere Elektrode
während
einer langen Nutzperiode fest verbinden kann.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der gegenwärtigen Probleme
geschaffen, und sie sieht bei einem ersten Aspekt ein laminiertes
piezoelektrisches Element vor, das die Haftung eines isolierenden
Kunstharzes verbessert und das einen isolierenden Aufbau mit einer
ausgezeichneten Haltbarkeit aufweist, sowie ein Verfahren zum Herstellen
des Elementes. Die vorliegende Erfindung sieht außerdem bei
einem zweiten Aspekt ein laminiertes piezoelektrisches Element mit
einer ausgezeichneten Haltbarkeit und Zuverlässigkeit sowie ein Verfahren
zum Herstellen des Elements vor.
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Bei
dem ersten Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein laminiertes
piezoelektrisches Element mit einem keramischen Laminat mit piezoelektrischen Lagen,
die aus einem piezoelektrischen Material zusammengesetzt sind, und
inneren Elektrodenlagen mit einer elektrischen Leitfähigkeit,
die abwechselnd gestapelt sind, wobei äußere Elektroden an Seitlichen
Bereichen des keramischen Laminats verbunden sind und die gesamten
Seitlichen Bereichen des keramischen Laminats mit einem isolierenden
Kunstharz vergossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass
Eine
Ankerlage mit Senken und Vorsprüngen
an ihrer Außenfläche an einer
Oberflächenlage
des keramischen Laminats ausgebildet ist, mit der das isolierende
Kunstharz in Kontakt ist (Anspruch 1).
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Da
bei dem laminierten piezoelektrischen Element der vorliegenden Erfindung
das Isolierende Kunstharz so vergossen ist, dass es mit der Ankerlage
mit den Senken und den Vorsprüngen
an der Außenseite
in Kontakt ist, die an der Oberflächenlage des keramischen Laminates
ausgebildet ist, dringt das isolierende Kunstharz die Senkenabschnitte
der Ankerlage, und ein sogenannter Ankereffekt kann erhalten werden.
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Durch
diesen Ankereffekt kann die Haftung des isolierenden Kunstharzes
an den Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates verbessert
werden. Dadurch kann das isolierende Kunstharz eine ausreichende
Haftung aufweisen, um so den Spannungen Stand zu halten, die durch
die piezoelektrischen Versetzungen während einer Antriebsperiode hervorgerufen
werden, und um so die Defekte wie zum Beispiel das Abschälen des
isolierenden Kunstharzes an den Seitlichen Bereichen zu unterbinden. Daher
kann das laminierte piezoelektrische Element eine ausreichende Haltbarkeit
vorsehen und eine gute Isolierung beim Gebrauch in einer langen
Zeitperiode sichern.
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Auf
diese Art und Weise kann die vorliegende Erfindung bei dem ersten
Aspekt das laminierte piezoelektrische Element mit einer isolierenden
Struktur mit einer ausgezeichneten Haltbarkeit vorsehen, die die
Haftung des isolierenden Kunstharzes verbessert.
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Ein
zweiter Gesichtspunkt bei dem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum
Herstellen eines laminierten piezoelektrischen Elementes mit einem
keramischen Laminat mit piezoelektrischen Lagen, die aus einem piezoelektrischen
Material zusammengesetzt sind, und inneren Elektrodenlagen mit einer elektrischen
Leitfähigkeit,
die abwechselnd gestapelt sind, wobei äußere Elektroden an Seitlichen
Bereichen des keramischen Laminates verbunden sind und die gesamten
Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates mit einem isolierenden
Kunstharz vergossen sind, gekennzeichnet durch
einen Schritt
zum Ausbilden eines Zwischenlaminates durch abwechselndes Stapeln
von Grünlingen, die
zu den piezoelektrischen Lagen werden, und Elektrodenmaterialien,
die zu den inneren Elektrodenlagen werden,
einen Schritt zum
Aufbringen eines Schlammes zum Ausbilden einer Ankerlage, die brennbare
Partikel enthält,
die durch folgendes Verbrennen heraus gebrannt werden, und die ein
keramisches Rohmaterial enthält,
das mit den piezoelektrischen Lagen an den Seitlichen Bereichen
des Zwischenlaminates zu integrieren ist, mit Ausnahme zumindest
der Elektrodenanordnungsabschnitte zum Anordnen der äußeren Elektroden,
einen
Brennschritt zum Erhalten des keramischen Laminates durch Brennen
des Zwischenlaminates und zum Ausbilden der Ankerlage mit den Senken und
Vorsprüngen
an deren Außenfläche an den
Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates durch Brennen des
Schlammes,
einen Schritt zum Verbinden der äußeren Elektroden an den Elektrodenanordnungsabschnitten
des keramischen Laminates, und
einen Gießschritt zum Vergießen der
gesamten Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates mit dem
Isolierenden Kunstharz (Anspruch 4).
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Bei
dem Verfahren zum Herstellen eines laminierten piezoelektrischen
Elementes der vorliegenden Erfindung wird bei dem Schritt zum Aufbringen des
Schlammes der Schlamm zum Ausbilden der Ankerlage, der die brennbaren
Partikel und das keramische Rohmaterial enthält, an den Seitlichen Bereichen
des Zwischenlaminates aufgebracht. Durch Durchführen des Brennschrittes wird
das keramische Laminat dadurch erhalten, dass das Zwischenlaminat
gebrannt wird. Durch Brennen wird zu dieser Zeit das keramische
Rohmaterial in dem Zwischenlaminat verbrannt, und die brennbaren
Partikel werden herausgebrannt, um so die Senkenabschnitte auszubilden,
und dann wird gemäß der vorstehenden
Beschreibung die Ankerlage mit den Senken und den Vorsprüngen an
deren Außenfläche an den
Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates ausgebildet. Nachfolgend
wird bei dem Gießschritt
das isolierende Kunstharz an Seitlichen Bereichen des keramischen
Laminates vergossen, an dem die Ankerlage ausgebildet wurde.
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Daher
dringt das isolierende Kunstharz in die Senkenabschnitte der Ankerlage,
und eine Ankerwirkung wird erhalten. Dadurch kann die Haftung des isolierenden
Kunstharzes an den Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates
erhöht
werden. Das isolierende Kunstharz kann eine Haftungsheftigkeit aufweisen,
die den Spannungen stand hält,
die durch piezoelektrische Versetzungen während einer Antriebsperiode
hervorgerufen werden, und um defekte wie zum Beispiel das Abschälen des
isolierenden Kunstharzes an den Seitlichen Bereichen zu unterbinden.
Daher kann das erhaltene laminierte piezoelektrische Element eine
ausreichende Haltbarkeit beim Gebrauch in einer langen Zeitperiode
und eine sichere Isolierung vorsehen.
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Wie
dies gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben ist, kann
ein Verfahren zum Herstellen eines laminierten piezoelektrischen
Elementes mit einer isolierenden Struktur mit ausgezeichneter Haltbarkeit
vorgesehen werden, das die Haftung des isolierenden Kunstharzes
verbessert.
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Bei
dem zweiten Aspekt ist der erste Gesichtspunkt ein laminiertes piezoelektrisches
Element mit einem keramischen Laminat mit piezoelektrischen Lagen,
die aus einem piezoelektrischen Material zusammengesetzt sind, und
inneren Elektrodenlagen mit einer elektrischen Leitfähigkeit,
die abwechselnd gestapelt sind, wobei ein paar Seitenelektroden
an den Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates vorgesehen
sind und äußere Elektroden an
den Seitenelektroden über
ein elektrisch leitendes Klebemittel verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
dass
die Seitenelektroden senken und Vorsprünge an ihren äußeren Flächen aufweisen,
und
das elektrisch leitende Klebemittel in einem Zustand angeordnet
wird, in dem es die Senkenabschnitte der Senken und der Vorsprünge von
den Oberflächen
der Seitenelektroden durchdringt. (Anspruch 8).
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Bei
dem laminierten piezoelektrischen Element der vorliegenden Erfindung
sind die Senken und Vorsprünge
an den Außenflächen der
Seitenelektroden ausgebildet. Das elektrisch leitende Klebemittel
wird in einem Zustand angeordnet, bei dem es in die Senkenabschnitte
der Senken und Vorsprünge dringt,
die an den Seitenelektroden ausgebildet sind. Dadurch kann das elektrisch
leitende Klebemittel die Kontakteigenschaften und die Hafteigenschaften
an den Seitenelektroden verbessern. Anders gesagt kann eine Ankerwirkung
erhalten werden. Durch diese Ankerwirkung kann das elektrisch leitende
Klebemittel die Eigenschaft des engen Kontaktes und die Hafteigenschaften
erreichen, die den Versetzungen der piezoelektrischen Lagen stand
halten können, die
während
einer Antriebsperiode des laminierten piezoelektrischen Elementes
wiederholt auftreten. Daher kann das laminierte piezoelektrische
Element verhindern, dass das elektrisch leitende Klebemittel von
den Flächen
der Seitenelektroden abschält,
und es kann eine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem elektrisch
leitenden Klebemittel und den Seitenelektroden für eine lange Zeitperiode gewährleisten.
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, haben die Seitenelektroden die
Senken und Vorsprünge
an ihren Außenflächen. Daher
wird der Bereich groß,
in dem das elektrisch leitende Klebemittel mit den Seitenelektroden
in Kontakt gelangt. Dadurch kann das laminierte piezoelektrische
Element ebenfalls die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem elektrisch
leitenden Klebemittel und den Seitenelektroden verbessern.
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Auf
diese Art und Weise kann das laminierte piezoelektrische Element
bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Erzeugung
von Defekten unterbinden und es bietet eine ausgezeichnete Haltbarkeit
und Zuverlässigkeit
auch während
einer langen Nutzung.
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Der
zweite Gesichtspunkt des zweiten Aspektes ist ein Verfahren zum
Herstellen eines laminierten piezoelektrischen Elementes mit einem
keramischen Laminat mit piezoelektrischen Lagen, die auf einem piezoelektrischen
Material zusammengesetzt sind, und inneren Elektrodenlagen mit einer elektrischen
Leitfähigkeit,
die abwechselnd gestapelt sind, wobei ein Paar Seitenelektroden
an Seitlichen Bereichen des keramischen Laminates vorgesehen ist,
und äußere Elektroden
an den Seitenelektroden über
ein elektrisch leitendes Klebemittel verbunden sind, gekennzeichnet
durch
Einen Schritt. zum Ausbilden eines Zwischenlaminates
durch abwechselndes Stapeln von Grünlingen, die zu den piezoelektrischen
Lagen und den inneren Elektrodenlagen werden,
einen Schritt
zum Aufbringen eines Schlammes zum Ausbilden von Senken und Vorsprüngen, die
brennbare Artikel enthalten, die durch ein späteres Brennen heraus gebrannt
werden, und zum Ausbilden des elektrisch leitenden Materiales an
den Seitlichen Bereichen des Zwischenlaminates,
einen Brennschritt
zum Erhalten des keramischen Laminates durch Brennen des Zwischenlaminates und
Ausbilden der Seitenelektroden mit den Senken und Vorsprüngen an
den Außenflächen der
seitlichen Bereichen des keramischen Laminates durch Brennen des
Schlammes um die Senken und die Vorsprünge auszubilden, und
einen
Schritt zum Verbinden der äußeren Elektroden, um
das elektrisch leitende Klebemittel an den Seitenelektroden aufzubringen
und um die äußeren Elektroden
damit zu verbinden. (Anspruch 12).
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Bei
dem Verfahren zum Herstellen eines laminierten piezoelektrischen
Elementes der vorliegenden Erfindung wird der Schlamm zum Ausbilden
der Senken und der Vorsprünge,
der die brennbaren Partikel enthält,
auf die seitlichen Bereiche des Zwischenlaminats bei dem Schritt
zum Aufbringen des Schlammes aufgebracht. Bei dem Brennschritt werden
die Seitenelektroden an den seitlichen Bereichen des keramischen
Laminates durch Brennen des Schlammes ausgebildet, um die Senken
und die Vorsprünge
auszubilden. Durch Brennen werden zu dieser Zeit die brennbaren
Partikel herausgebrannt, die in dem Schlamm zum Ausbilden der Senken
und Vorsprünge
enthalten sind. Insbesondere werden an den Außenflächen der Seitenelektroden Senkenabschnitte
an Abschnitten ausgebildet, an denen die brennbaren Partikel herausgebrannt
wurden. Dadurch haben die ausgebildeten Seitenelektroden Senken
und Vorsprünge
an Ihren Außenflächen. Daher
wird bei dem nachfolgenden Schritt zum Verbinden der äußeren Elektroden
das elektrisch leitende Klebemittel, das an den Seitenelektroden
aufgebracht ist, in einem Zustand angeordnet, bei dem es in die
Senkenabschnitte der Senken und Vorsprünge dringt, die an den Seitenelektroden
ausgebildet sind.
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Dadurch
kann das elektrisch leitende Klebemittel die Kontakteigenschaften
und die Haftungseigenschaften mit den Seitenelektroden verbessern. Anders
gesagt kann eine Ankerwirkung erreicht werden. Durch diese Ankerwirkung
kann das elektrisch leitende Klebemittel die Eigenschaften des engen Kontaktes
und die Haftungseigenschaften erreichen, die den Versetzungen der
piezoelektrischen Lagen Stand halten können, die während einer Antriebsperiode
des laminierten piezoelektrischen Elementes wiederholt auftreten.
Daher kann das erhaltene laminierte piezoelektrische Element verhindern,
dass das elektrisch leitende Klebemittel von den Flächen der Seitenelektroden
abschält
und es kann eine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem elektrisch
leitenden Klebemittel und den Seitenelektroden für eine lange Zeitperiode gewährleisten.
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Wie
dies bei den vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren vorstehend
beschrieben ist, sind die Senken und Vorsprünge an den Außenflächen der
Seitenelektroden ausgebildet. Daher wird der Bereich groß in dem
das elektrisch leitende Klebemittel mit den Seitenelektroden in
Kontakt gelangt. Dadurch kann das laminierte piezoelektrische Element
mit einer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem elektrisch
leitenden Klebemittel und den Seitenelektroden hergestellt werden.
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Auf
diese Art und Weise kann gemäß dem Herstellungsverfahren
bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein laminiertes
piezoelektrisches Element erhalten werden, das die Erzeugung von
Defekten unterbinden kann und das eine ausgezeichnete Haltbarkeit
und Zuverlässigkeit
auch während
einer langen Nutzzeit aufweist.
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1 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Struktur eines laminierten piezoelektrischen
Substanzelements bei einem Beispiel 1.
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2 zeigt
eine Schnittansicht in einer Richtung eines Pfeiles A gemäß A-A in
der 1.
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3 zeigt
eine Schnittansicht in einer Richtung eines Pfeiles B-B in der 1.
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4 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
zum Darstellen einer Peripherie einer Ankerlage bei dem Beispiel
1.
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5 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Struktur eines keramischen Laminates
bei dem Beispiel 1.
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6 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Drucken eines elektrodenhaltigen Plättchens
bei dem Beispiel 1.
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7 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Drucken eines Plättchens,
das eine brennbare Lage enthält,
bei dem Beispiel 1.
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8 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Reihenfolge beim Drucken eines
kontinuierlichen Grünlings
bei dem Beispiel 1.
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9 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Stapeln von Plättchen bei
dem Beispiel 1.
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10 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Zwischenlaminates bei dem Beispiel
1.
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11 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Aufbringen eines
Schlammes zum Ausbilden von Seitenelektroden bei dem Beispiel 1.
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12 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Aufbringen eines
Schlammes zum Ausbilden einer Ankerlage bei dem Beispiel 1.
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13 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines aufgebrachten Schlammes zum Ausbilden
einer Ankerlage bei dem Beispiel 1.
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14 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Struktur eines keramischen Laminates
nach einem Brennschritt bei dem Beispiel ein.
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15 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer ausgebildeten Ankerlage bei dem
Beispiel 1.
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16 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Aufbringen eines
elektrisch leitenden Klebemittels bei dem Beispiel 1.
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17 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Verbinden von äußeren Elektroden
bei dem Beispiel 1.
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18 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Struktur eines anderen keramischen
Laminates bei einem Beispiel 2.
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19 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Struktur eines laminierten piezoelektrischen
Substanzelements bei einem Beispiel 3.
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20 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Struktur eines keramischen Laminates
bei dem Beispiel 3.
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21 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht zum
Darstellen einer Seite eines keramischen Laminates bei dem Beispiel
3.
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22 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Vorsehen eines Aufdruckes
an einem Grünling
bei dem Beispiel 3.
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23(a) zeigt eine Ansicht zum Darstellen eines
ersten Plättchens
bei dem Beispiel 3.
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23(b) zeigt eine Ansicht zum Darstellen eines
zweiten Plättchens
bei dem Beispiel 3.
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24 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum starten von Plättchen bei
dem Beispiel 3.
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25 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Zwischenlaminates bei dem Beispiel
3.
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26 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Aufnehmen einer
Paste zum Ausbilden von Senken und Vorsprüngen bei dem Beispiel 3.
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27 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht zum
Darstellen einer Seite eines Zwischenlaminates vor dem Brennen bei
dem Beispiel 3.
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28 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht zum
Darstellen einer Seite eines keramischen Laminates nach dem Brennen
bei dem Beispiel 3.
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29 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht zum
Darstellen eines Verfahrens zum Auswerten eines Zustandes beim Ausbilden
der Senkenvorsprünge
an einer Seitenelektrode bei dem Beispiel 3.
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30 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Aufbringen eines
elektrisch leitenden Klebemittels bei dem Beispiel 3.
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31 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht zum
Darstellen einer Seite eines keramischen Laminates nach dem Aufbringen
eines elektrisch leitenden Klebemittels bei dem Beispiel 3.
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32 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Schrittes zum Verbinden von äußeren Elektroden
bei dem Beispiel 3.
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33 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Struktur eines keramischen Laminates,
bei dem Schlitzabschnitte bei dem Beispiel 3 ausgebildet sind.
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34 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht zum
Darstellen einer Seite eines Zwischenlaminates vor dem Brennen bei
einem Beispiel 4.
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35 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht zum
Darstellen einer Seite eines keramischen Laminates nach dem Brennen
bei dem Beispiel 4.
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36 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Struktur einer Einspritzvorrichtung
bei einem Beispiel 5.
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Bei
dem ersten Aspekt des vorstehend beschriebenen ersten Gesichtspunktes
ist es vorzuziehen, dass eine durchschnittliche Tiefe der Senkenabschnitte
der Senken und Vorsprünge
an der Ankerlage in einem Bereich von 2 μm bis 10μm ist (Anspruch 2).
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Wenn
die durchschnittliche Tiefe der Senkenabschnitte kleiner als 2 μm ist, dann
besteht eine Möglichkeit,
dass das isolierende Kunstharz den Ankereffekt nicht in ausreichender
Weise erzielt. Wenn die Durchschnittliche Tiefe andererseits größer als
10 μm ist,
dann besteht eine Möglichkeit,
dass sich die Festigkeit der Ankerlage verringert.
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Es
ist vorzuziehen, dass das laminierte piezoelektrische Element ein
piezoelektrischer Aktuator für
eine Einspritzvorrichtung ist, die als eine Antriebsquelle der Einspritzvorrichtung
verwendet wird (Anspruch 3).
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Die
Einspritzvorrichtung wird in unterschiedlichen Bedingungen bei hoher
Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit verwendet. Daher können durch
Verwenden des vorstehend beschriebenen ausgezeichneten laminierten
piezoelektrischen Elements als ein Aktuator die Haltbarkeit und
die Isolierung der Einspritzvorrichtung verbessert werden, und die
Gesamtfunktion der Einspritzvorrichtung kann ebenfalls verbessert
werden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen zweiten Gesichtspunkt ist es vorzuziehen,
dass die brennbaren Partikel, die in dem Schlamm enthalten sind,
zumindest entweder Kohlenstoffpartikel oder Partikel aus verkohltem
organischen Material aufweisen (Anspruch 5).
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In
diesem Fall werden bei dem Brennschritt die brennbaren Partikel
in dem Schlamm durch das Brennen herausgebrannt, und Spalte können an
ihren Stellen ausgebildet werden. Dadurch kann die Ankerlage mit
den Senken und Vorsprüngen
an ihrer Außenfläche an den
seitlichen Bereichen des keramischen Laminats sicher ausgebildet
werden.
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Die
brennbaren Partikel können
unter geringen Kosten vorgesehen werden, und die Kosten zum Herstellen
des laminierten piezoelektrischen Elementes können dadurch gesteuert werden,
dass die brennbaren Partikel durch Partikel aus einem verkohlten
organischen Material gebildet werden, die aus verkohlten Kunstharzpartikeln,
organischen Pulverpartikeln oder dergleichen bestehen.
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Des
Weiteren ist es vorzuziehen, das ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser
der brennbaren Partikel in dem Bereich von 2 μm bis 10 μm ist (Anspruch 6).
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Wenn
der durchschnittliche Partikeldurchmesser der brennbaren Partikel
kleiner als 2 μm
ist, dann besteht eine Möglichkeit,
dass es schwierig wird, dass das isolierende Kunstharz in die Senkenabschnitte
der Ankerlage dringt, die durch Herausbrennen der brennbaren Partikel
bei dem Brennschritt ausgebildet wird, und die Ankerwirkung kann nicht
ausreichend erreicht werden. Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser
der brennbaren Partikel andererseits jenseits der 10 μm ist, dann
besteht die Möglichkeit,
dass die Verarbeitbarkeit beim Aufbringen des Schlammes und die
Festigkeit der ausgebildeten Ankerlage verringert sind.
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Des
Weiteren ist es vorzuziehen, dass Abschnitte, die eine Schutzlage
bilden, an beiden Enden des Zwischenlaminates in einer Stapelrichtung ausgebildet
werden, in dem die Grünlinge
zum Ausbilden von Schutzlagen gestapelt werden,
dass bei dem
Schritt zum Aufbringen des Schlammes der Schlamm auch an der Außenfläche der
Abschnitte aufgebracht wird, die die Schutzlage bilden,
dass
vor dem Brennschritt ein Schritt zum Aufbringen eines Seitenelektrodenmaterials
zum Ausbilden der Seitenelektroden an den Elektrodenanordnungsabschnitten
des Zwischenlaminats durchgeführt
wird,
dass bei dem Brennschritt die Ankerlage an seitlichen
Bereichen des Zwischenlaminates einschließlich der Schutzlagen ausgebildet
wird, und dass die Seitenelektroden durch Brennen des Seitenelektrodenmaterials
ausgebildet werden, und
dass bei dem Schritt zum Verbinden
der äußeren Elektroden
ein elektrisch leitendes Klebemittel an den Seitenelektroden so
aufgebracht wird, dass ein Maß in
der Stapelrichtung größer als
die Seitenelektroden wird, und dass die äußeren Elektroden über das
elektrisch leitende Klebemittel verbunden werden (Anspruch 7).
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Anders
gesagt werden die Schutzlagen an beiden Enden des keramischen Laminates
in der Stapelrichtung ausgebildet, und die Ankerlage wird außerdem an
den seitlichen Bereichen der Schutzlagen ausgebildet. Des Weiteren
wird außer
dem isolierenden Kunstharz das elektrisch leitende Klebemittel auch
an den seitlichen Bereichen der Schutzlagen aufgebracht.
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In
diesem Fall dringt nicht nur das isolierende Kunstharz, sondern
auch das elektrisch leitende Klebemittel in die Senkenabschnitte
der Ankerlage, und eine Ankerwirkung wird erreicht. Dadurch wird
die Haftung für
die seitlichen Bereiche des keramischen Laminates erhöht. Daher
wird das elektrisch leitende Klebemittel zu einem Element mit einer
Haftungsfestigkeit, die den Spannungen Stand hält, die durch die piezoelektrischen
Versetzungen während
einer Antriebsperiode hervorgerufen werden, und es unterbindet defekte
wie zum Beispiel das Abschälen
an den seitlichen Bereichen. Die vorstehend beschriebene Wirkung
ist äußerst Wirksam,
da die Schutzlagen insbesondere eine Spannung aufgrund der piezoelektrischen
Versetzungen während
einer Antriebsperiode aufnehmen, die größer sind als Spannungen an
anderen Teilen.
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Bei
dem zweiten Aspekt bei dem vorstehend beschriebenen ersten Gesichtspunkt
ist es vorzuziehen, dass eine durchschnittliche Tiefe der Senkenabschnitte
der Senken und Vorsprünge
an den Seitenelektroden in einem Bereich von 1μm bis 8 μm ist (Anspruch 9).
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Wenn
die durchschnittliche Tiefe weniger als 1 μm beträgt, dann besteht eine Möglichkeit,
dass das elektrisch leitende Klebemittel die Ankerwirkung nicht
in ausreichender Weise erzielt. Daher ist es weiter vorzuziehen,
dass die durchschnittliche Tiefe nicht weniger als 2 μm beträgt.
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Wenn
die durchschnittliche Tiefe andererseits mehr als 8 μm beträgt, dann
besteht eine Möglichkeit,
dass die Seitenelektroden keine ausreichende Festigkeit haben. Des
Weiteren besteht eine Möglichkeit,
dass sich die elektrische Leitfähigkeit
zwischen der Seitenelektrode und den inneren Elektrodenlagen verringert,
die im gegenseitigen Kontakt angeordnet sind. Daher ist es weiter
vorzuziehen, dass die durchschnittliche Tiefe nicht mehr als 5 μm beträgt.
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Des
Weiteren ist es vorzuziehen, das die Seitenelektroden so ausgebildet
sind, dass A/L von 0,1 bis 0,6 beträgt, wenn L eine Länge einer
Graden darstellt, die optional von der Innenseite zu der Außenseite
eines Querschnittes in der Achsenrichtung der Seitenelektroden schräg gezogen
wird, und wobei A eine Summe der Längen der Spaltabschnitte darstellt,
die an der Graden existieren (Anspruch 10).
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In
diesem Fall haben die Außenflächen der Seitenelektroden
einen Zustand, bei dem die Senken und Vorsprünge ausreichen daran ausgebildet
sind. Daher kann das elektrisch leitende Klebemittel in ausreichender
Weise die Ankerwirkung vorsehen.
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Es
ist vorzuziehen, dass die Seitenelektroden und die inneren Elektrodenlagen
das Selbe elektrisch leitende Material enthalten.
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In
diesem Fall kann die elektrische Leitfähigkeit zwischen der Seitenelektrode
und den inneren Elektrodenlagen verbessert werden, die in einem
gegenseitigen Kontakt angeordnet sind.
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Es
ist vorzuziehen, dass das laminierte piezoelektrische Element ein
piezoelektrischer Aktuator für
eine Einspritzvorrichtung ist, die als eine Antriebsquelle der Einspritzvorrichtung
verwendet wird (Anspruch 11).
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Die
Einspritzvorrichtung wird in unterschiedlichen Bedingungen bei hoher
Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit verwendet. Durch Verwenden
des ausgezeichneten laminierten piezoelektrischen Elementes als
ein Aktuator kann daher die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
der Einspritzvorrichtung verbessert werden, und die Gesamtfunktion
der Einspritzvorrichtung kann auch verbessert werden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen zweiten Gesichtspunkt ist es vorzuziehen,
dass die brennbaren Partikel zumindest Kohlenstoffpartikel, Partikel aus
einem verkohlten organischen Material oder Kunstharzpartikel aufweisen
(Anspruch 13).
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In
diesem Fall können
bei dem Brennschritt die brennbaren Partikel durch das Brennen sicher
herausgebrannt werden, und die Senken und Vorsprünge werden an den Außenflächen der
Seitenelektroden sicher ausgebildet.
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Des
Weiteren ist es vorzuziehen, dass ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser
der brennbaren Partikel in dem Bereich von 2 μm bis 10 μm ist (Anspruch 14).
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Wenn
der durchschnittliche Partikeldurchmesser der brennbaren Partikel
weniger als 2 μm
beträgt,
dann besteht die Möglichkeit,
dass die Senken und Vorsprünge
an den äußeren Flächen der
Seitenelektroden nicht ausreichend ausgebildet werden. Des Weiteren
besteht eine Möglichkeit,
dass es schwierig wird, das elektrisch leitende Klebemittel in einem
Zustand anzuordnen, bei dem es in die Senkenabschnitte der Seitenelektroden
eindringt. Daher ist es weiter vorzuziehen, dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser
nicht weniger als 3 μm
beträgt.
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Wenn
der durchschnittliche Partikeldurchmesser der brennbaren Partikel
andererseits mehr als 10μm
beträgt,
dann besteht eine Möglichkeit, dass
die Verarbeitbarkeit beim Aufbringen des Schlammes zum Ausbilden
der Senken und Vorsprünge
verringert wird. Außerdem
besteht eine Möglichkeit,
dass die ausgebildeten Seitenelektroden keine ausreichende Festigkeit
gewährleisten können. Des
Weiteren besteht eine Möglichkeit,
dass die elektrische Leitfähigkeit
zwischen der Seitenelektrode und den inneren Elektrodenlagen verringert
ist, die in einem gegenseitigen Kontakt ausgebildet sind. Daher
ist es weiter vorzuziehen, dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser
nicht größer als
8 μm ist.
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Des
Weiteren ist es vorzuziehen, dass der Schlamm zum Ausbilden der
Senken und Vorsprünge
die brennbaren Partikel von 3 Gew. % bis 25 Gew. % enthält (Anspruch
15).
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Wenn
der Gehalt der brennbaren Partikel kleiner als 3 Gew. % ist, dann
besteht eine Möglichkeit,
dass die Senken und Vorsprünge
nicht ausreichend an den äußeren Flächen der
Seitenelektroden ausgebildet werden. Des Weiteren besteht eine Möglichkeit,
dass es schwierig wird, das elektrisch leitende Klebemittel in einem
Zustand anzubringen, bei dem es in die Senkenvorsprünge der
Seitenelektroden dringt. Daher ist es weiter vorzuziehen, dass der Gehalt
der brennbaren Partikel nicht weniger als 6 Gew. % beträgt.
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Wenn
der Gehalt der brennbaren Partikel andererseits jenseits 25 gw& ist, dann besteht
eine Möglichkeit,
dass die Verarbeitbarkeit verringert ist, wenn der Schlamm zum Ausbilden
der Senken und Vorsprünge
aufgebracht wird. Außerdem
besteht eine Möglichkeit,
dass die ausgebildeten Seitenelektroden keine ausreichende Festigkeit
gewährleisten. Des
Weiteren besteht eine Möglichkeit,
dass die elektrische Leitfähigkeit
zwischen der Seitenelektrode und den inneren Elektrodenlagen verringert
ist, die in einem gegenseitigen Kontakt ausgebildet sind. Daher
ist es weiter vorzuziehen, dass der Gehalt der brennbaren Partikel
nicht größer als
20 Gew. % ist.
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Außerdem ist
vorzuziehen, dass der Schlamm zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge das
Selbe elektrisch leitende Material wie ein Elektrodenmaterial enthält.
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Die
brennbaren Partikel in dem Schlamm zum Ausbilden der Senken und
Vorsprünge
werden durch Brennen bei dem Brennschritt herausgebrannt. Daher
werden die Seitenelektroden und die inneren Elektrodenlagen, die
durch Brennen des Schlammes zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge ausgebildet
werden, zu Strukturen, die so konfiguriert sind, dass sie das Selbe
elektrisch leitende Material enthalten. Dadurch kann die elektrische
Leitfähigkeit zwischen
der Seitenelektrode und den inneren Elektrodenlagen verbessert werden,
die in gegenseitigen Kontakt ausgebildet sind.
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Bei
dem Schritt zum Aufbringen des Schlammes ist es außerdem möglich, dass
ein Basisschlamm, der ein elektrisch leitendes Material und außerdem die
brennbaren Partikel enthält,
dessen Gehalt geringer als der Gehalt der brennbaren Partikel in
dem Schlamm zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge oder 0 ist, an den seitlichen
Bereichen des Zwischenlaminates aufgebracht wird, und dass dann
der Schlamm zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge auf den Basisschlamm aufgebracht
wird (Anspruch 16).
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In
diesem Fall kann an den Seitenelektroden, die durch Brennen des
Basisschlammes und des Schlammes zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge ausgebildet
sind, eine Spaltgröße, die
durch Herausbrennen der brennbaren Partikel durch Brennen ausgebildet
wird, in dem unteren Lagenabschnitt kleiner als in dem oberen Lagenabschnitt
der Seitenelektroden geschaffen werden. Des Weiteren ist es auch
möglich,
dass die Seitenelektroden so ausgebildet werden, dass der Spalt
in dem unteren Lagenabschnitt nicht vorhanden ist. Anders gesagt
kann die elektrische Leitfähigkeit
zwischen den Seitenelektroden und den inneren Elektrodenlagen verbessert werden,
in dem die Größe des Spaltes
weniger oder 0 beträgt,
der in dem unteren Lagenabschnitt der Seitenelektrode ausgebildet
ist, der an einer Seite ist, die mit dem seitlichen Bereich des
keramischen Laminates in Kontakt ist.
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Es
ist außerdem
vorzuziehen, dass der Basisschlamm das Selbe elektrisch leitende
Material wie das Elektrodenmaterial enthält.
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In
diesem Fall kann die elektrische Leitfähigkeit zwischen der Seitenelektrode
und den inneren Elektrodenlagen weiter verbessert werden, die in
einem gegenseitigen Kontakt ausgebildet sind.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Ein
laminiertes piezoelektrisches Element und ein Herstellungsverfahren
davon werden als ein Beispiel gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
unter Verwendung der 1 bis 17 weiter
beschrieben.
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Ein
laminiertes piezoelektrisches Element 1 von diesem Beispiel,
wie es in den 1 bis 4 gezeigt
ist, hat ein keramisches Laminat 10 mit piezoelektrischen
Lagen 11, die aus einem piezoelektrischen Material zusammengesetzt
sind, und innere Elektrodenlagen 21, 22 mit einer
elektrischen Leitfähigkeit,
die abwechselnd gestapelt sind, wobei äußere Elektroden 34 mit
seitlichen Bereichen 103 des keramischen Laminates 10 verbunden
sind, und wobei die gesamten seitlichen Bereiche 103 des
keramischen Laminates 10 mit einem isolierenden Kunstharz 35 vergossen
sind.
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Des
Weiteren ist eine Ankerlage 13 mit Senken und Vorsprüngen an
ihrer äußeren Fläche an einer
Oberflächenlage
des keramischen Laminates 10 ausgebildet, das mit dem isolierenden
Kunstharz 35 in Kontakt ist.
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Einzelheiten
von diesem Element werden folgendermaßen beschrieben.
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Bei
dem laminierten piezoelektrischen Element 1 von diesem
Beispiel hat das keramische Laminat 10, wie es in den 1 und 5 gezeigt
ist, eine Schnittform eines Fasses, und ein Paar bestehend aus einem
ersten seitlichen Bereich 101 und einem zweiten seitlichen
Bereich 102, die einander zugewandt sind und an den seitlichen
Breichen 103 ausgebildet sind. Die Schnittform des keramischen Laminates 10 ist
nicht auf das Fass wie bei diesem Beispiel beschränkt, und
sie kann durch Verwenden einer Vielzahl Formen verändert werden,
wie zum Beispiel ein Kreis, ein Rechteck und ein Achteck, und zwar
gemäß den Anwendungen
und Bedingungen der Verwendung.
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Wie
dies in der 5 gezeigt ist, sind bei dem
keramischen Laminat 10 eine erste innere Elektrodenlage 21 und
eine zweite innere Elektrodenlage 22 abwechselnd angeordnet.
Teile der Enden von den inneren Elektrodenlagen 21, 22 liegen
nicht an den seitlichen Bereichen 103 des keramischen Laminates 10 frei,
und sie haben eine sogenannte Nicht-Polstruktur mit Nicht-Polabschnitten 29.
Anders gesagt liegen die zweiten inneren Elektrodenlagen 22 bei
diesem Beispiel nicht an dem ersten seitlichen Bereich 101 frei,
die ersten inneren Elektrodenlagen 21 liegen nicht in dem
zweiten seitlichen Bereich 102 frei, und die Nicht-Polabschnitte 29 sind an
Abschnitten ausgebildet, an denen sie nicht frei liegen. Die inneren
Elektrodenlagen 21, 22 sind aus einer Ag/Pd-Legierung
konfiguriert.
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Wie
dies in der selben Figur gezeigt ist, hat das keramische Laminat 10 Schutzlagen 12 an
beiden Enden in der Stapelrichtung. Die Schutzlagen 12 bestehen
aus dem selben Material wie die piezoelektrischen Lagen 11.
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An
den seitlichen Bereichen 101, 102 des keramischen
Laminates 10 sind Schlitzabschnitte 19 mit einer
Schlitzform, die mit eingesunkenen Kanälen in einer Richtung ihres
Umfanges versehen sind, an allen Zwischenabschnitten der angrenzenden
inneren Elektrodenlagen 21, 22 ausgebildet.
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Wie
dies in der 2 gezeigt ist, sind des Weiteren
die Seitenelektroden 31, 32 an dem ersten seitlichen
Bereich 101 beziehungsweise an dem zweiten seitlichen Bereich 102 von
den seitlichen Bereichen 103 des keramischen Laminates 10 angeordnet.
Die Seitenelektrode 31 ist elektrisch mit der ersten inneren
Elektrodenlage 21 verbunden, und die Seitenelektrode 32 ist
elektrisch mit der zweiten inneren Elektrodenlage 22 verbunden.
Die äußeren Elektroden 34 sind
mit den Seitenelektroden 31, 32 über ein
elektrisch leitendes Klebemittel 33 verbunden. Die äußeren Elektroden 34 können nur
an den seitlichen Bereichen 101, 102 des keramischen
Laminates 10 verbunden sein. Es ist auch möglich, einen Aufbau
zu verwenden, bei dem äußere Elektroden 34 mit
den seitlichen Bereichen 101, 102 des keramischen
Laminates 10 über
das elektrisch leitende Klebemittel 33 ohne die Seitenelektroden 31, 32 verbunden
sind.
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Wie
dies in den 1–3 gezeigt
ist, ist die Ankerlage 13 mit den Senken und Vorsprüngen an
ihrer äußeren Fläche an Bereichen
der seitlichen Bereiche 103 des keramischen Laminates 10 außer an jenen
Abschnitten ausgebildet, an denen die Seitenelektroden 31, 32 angeordnet
sind. Die gesamten seitlichen Bereiche 103 des keramischen
Laminates 10 sind mit einem isolierenden Kunstharz 35 vergossen.
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Wie
dies in der 4 gezeigt ist, ist das isolierende
Kunstharz in einem Zustand angeordnet, bei dem es in die Senkenabschnitte 133 der
Ankerlage 13 dringt. Die durchschnittliche Tiefe der Senkenabschnitte 133 der
Senken und Vorsprünge
der Ankerlage 13 beträgt
5 μm. Das
isolierende Kunstharz besteht aus einem Silikonkunstharz.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen
Elementes 1 weiter beschrieben.
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Zum
Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elementes 1 von
diesem Beispiel werden zumindest ein Schritt zum Ausbilden eines
Zwischenlaminates, ein Schritt zum Aufbringen eines Schlammes, ein
Trennschritt, ein Schritt zum Verbinden der äußeren Elektroden und ein Gießschritt
durchgeführt.
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Der
Schritt zum Ausbilden des Zwischenlaminates ist ein Schritt zum
Ausbilden des Zwischenlaminates 100 durch abwechselndes
Stapeln von Grünlingen 110,
die zu den piezoelektrischen Lagen 11 werden, und des Elektrodenmateriales 200,
das zu den inneren Elektrodenlagen 21, 22 wird.
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Der
Schritt zum Aufbringen des Schlammes ist ein Schritt zum Aufbringen
des Schlammes 130 zum Ausbilden der Ankerlage, die die
brennbaren Partikel enthält,
die durch nachfolgendes Brennen herausgebrannt werden, und die ein
keramisches Rohmaterial enthält,
das mit der piezoelektrischen Lage 11 an seitlichen Bereichen 103 des
Zwischenlaminates 100 zu integrieren ist, und zwar außer zumindest
an den Elektrodenanordnungsabschnitten 30 zum Anordnen
der äußeren Elektroden 34.
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Der
Brennschritt ist ein Schritt zum Erhalten des keramischen Laminates 10 durch
brennen des Zwischenlaminates 100, und zum Ausbilden der
Ankerlage 13 mit den Senken und Vorsprüngen an ihrer äußeren Fläche an den
seitlichen Bereichen 103 des keramischen Laminates 10 durch
Brennen des Schlammes 130.
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Der
Schritt zum Verbinden der äußeren Elektroden
ist ein Schritt zum Verbinden der äußeren Elektroden 34 an
den Elektrodenanordnungsabschnitten 30 des keramischen
Laminates 10.
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Der
Gießschritt
ist ein Schritt zum Vergießen der
gesamten seitlichen Bereiche 103 des keramischen Laminates 10 mit
dem isolierenden Kunstharz 35.
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Weitere
Einzelheiten werden nachfolgend beschrieben.
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[Schritt zum Ausbilden
des Zwischenlaminates]
-
Am
Anfang wird ein keramisches Rohmaterialpulver vorbereitet, das zu
dem piezoelektrischen Material wird, und es wird teilweise bei 800
bis 950° C
gebrannt. Dann werden reines Wasser, ein Dispersionsmittel und dergleichen
zu dem teilweise verbrannten Pulver hinzugefügt, um einen Schlamm auszubilden,
und der Schlamm wird durch eine Perlmühle mit Wasser versetzt. Nachdem
das Grundmaterial getrocknet, entfettet ist, werden ein Lösemittel, ein
Bindemittel, ein Plastifizierer, ein Dispersionsmittel und dergleichen
zu dem Schlamm hinzugefügt, und
der Schlamm wird durch eine Kugelmühle gemischt. Der resultierende
Schlamm zum Ausbilden eines Grünlinges
wird dann unter Unterdruck entgast, und die Viskosität wird dadurch
eingestellt, dass er mit einem Rührer
in einer Unterdruckeinrichtung gemischt wird. Der Grünling 110 mit
einer Dicke von 90 μm
wird dadurch ausgebildet, dass der Schlamm zum Ausbilden eines Grünlinges
an einem Trägerfilm 119 unter
Verwendung eines Rakelmesser-Verfahrens aufgebracht wird (siehe 6, 7).
-
Bei
diesem Beispiel wurde Bleizirkonat-Titanat (PZT) als das keramische
Rohmaterial verwendet, das zudem piezoelektrischen Material wird.
Ein Extrusionsgießverfahren
und andere verschiedene Verfahren anstelle des Rakelmesser-Verfahrens,
die bei diesem Beispiel verwendet werden, können als das Gießverfahren
des Grünlings 110 verwendet werden.
-
Wie
dies in den 6 und 7 gezeigt
ist, wird der Grünling 110 bedruckt,
um erforderliche Plättchen
für das
Zwischenlaminat 100 zu erhalten. Bei diesem Beispiel werden
zwei Arten von Plättchen der
Plättchen 51 mit
Elektroden, die ein Elektrodenmaterial 200 zum Ausbilden
der inneren Elektrodenlagen 21, 22 aufweisen,
und der Plättchen 52 mit brennbaren
Lagen bedruckt, die brennbare Lagen 190 zum Ausbilden der
Schlitzabschnitte 19 aufweisen.
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An
den Plättchen 51 mit
den Elektroden, wie sie in der 6 gezeigt
sind, wird das Elektrodenmaterial 200 an Teilen gedruckt,
um die inneren Elektrodenlagen 21, 22 an ausgeschnittenen
Bereichen 41 des Grünlings 110 auszubilden.
Dann werden an den ausgeschnittenen Bereichen 41 die Abstandslagen 111 mit
derselben Dicke wie das Elektrodenmaterial 200 an Abschnitten
gedruckt, an denen das Elektrodenmaterial 200 nicht gedruckt
ist, und zwar anders gesagt werden die Nicht-Polabschnitte 29 ausgebildet,
damit die gedruckte Höhe
der Abschnitte, an denen das Elektrodenmaterial 200 gedruckt
wurde, ungefähr
mit der gedruckten Höhe
der anderen Abschnitte übereinstimmt.
Die Abstandslagen 111 werden an den äußeren Peripherieabschnitten
gedruckt, an denen sich einer von geraden Abschnitten 411, 412 der
ausgeschnittenen Bereiche 41 befindet. In der 6 ist
eine Art und Weise des Druckens an dem äußeren Peripherieabschnitt gezeigt,
an dem sich der Geradenabschnitt 412 befindet. Klebelagen 112 werden
dann an dem Elektrodenmaterial 200 und den Abstandslagen 111 gedruckt,
um eine Klebewirkung zu erhöhen,
wenn die Plättchen
gestapelt werden.
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An
den Plättchen 52 mit
den brennbaren Lagen, wie sie in der 7 gezeigt
sind, werden die brennbaren Lagen 190 an Teilen zum Ausbilden
der Schlitzabschnitte 19 gedruckt. Dann werden an den ausgeschnittenen
Bereichen 41 die Abstandslagen 111 mit der selben
Dicke wie die brennbaren Lagen 190 an jenen Abschnitten
gedruckt, an denen die Brennbaren Lagen 190 nicht gedruckt
wurden, damit die gedruckten Höhen
der Abschnitte, an denen die brennbaren Lagen 190 gedruckt
sind, ungefähr
mit den gedruckten Höhen
der anderen Abschnitte übereinstimmen.
Bei diesem Beispiel werden die Abstandslagen 111 an den äußeren Peripherieabschnitten
gedruckt, an denen sich zwei Geradenabschnitte 411, 412 der
ausgeschnittenen Bereiche 41 befinden. Klebelagen 112 werden
dann an dem Elektrodenmaterial 200 und den Abstandslagen 111 gedruckt,
um die Klebewirkung zu erhöhen,
wenn die ausgeschnittenen Plättchen
gestapelt werden.
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Bei
diesem Beispiel wurde eine Legierungspaste aus Ad/Pd als das Elektrodenmaterial 200 verwendet.
Ein einziges Substrat wie zum Beispiel Ag, Pd, Cu und Ni oder eine
Legierung wie zum Beispiel Cu/Ni außer der vorstehend beschriebenen
Legierung kann ebenfalls verwendet werden.
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Der
Schlamm zum Ausbilden des Blattes, das den Grünling 110 konfiguriert,
wurde als die Abstandslagen 111 und die Klebelagen 112 verwendet.
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Als
die brennbaren Lagen 190 wurden brennbare Partikel 131 verwendet,
die später
beschrieben werden.
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Bei
diesem Beispiel wurden die vorstehend beschriebenen Drucke im Voraus
durchgeführt,
um einen kontinuierlichen Grünling 110 in
der Längsrichtung
zu stapeln, damit das Ausschneiden und das Stapeln der Plättchen mit
der Schneid/Stapeleinrichtung effizient fortgesetzt wird, was später beschrieben
wird.
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Wie
dies in der 8 gezeigt ist, werden konkret
Drucke der Plättchen 51 mit
Elektroden und der Plättchen 52 mit
den brennbaren Lagen abwechselnd durchgeführt. Zum Drucken der Plättchen 51 mit
den Elektroden sind die Druckpositionen des Elektrodenmateriales 200 und
der Abstandslagen 111 so angeordnet, dass sie sich in der
Rückwärtsrichtung
in der Längsrichtung
des Grünlings 110 abwechseln.
Anders gesagt werden die Abstandslagen 111 an den äußeren Peripherieabschnitten
abwechselnd gedruckt, an denen zwei Geradenabschnitte 411, 412 der
ausgeschnittenen Bereiche 41 angeordnet sind.
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Dann
werden das Ausschneiden der ausgeschnittenen Bereiche 41 in
dem Grünling 110 und
das Stapeln der Plättchen
die durch Ausschneiden erhalten werden, parallel mit der Schneid/Stapel-Einrichtung durchgeführt (in
den Figuren weggelassen), die so aufgebaut ist, dass sie gleichzeitig
mit dem Ausschneiden und dem Stapeln der Plättchen fortschreitet.
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Der
Trägerfilm 119 und
der Grünling 110 werden
am Anfang in die Schneid/Stapel-Einrichtung gelegt, und dann werden
durch Ausschneiden der ausgeschnittenen Bereiche 41 die
Plättchen 51 mit
den Elektroden und die Plättchen 52 mit
der Brennbaren Lage erhalten, sodass sie nachfolgend gestapelt werden,
wie dies in der 9 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel
werden zum Ausbilden der Schutzlagen Abschnitte 120 zum
Ausbilden der Schutzlagen, die aus dem selben Material wie die Grünlinge 110 zusammengesetzt
sind, an beiden Enden des Zwischenlaminates in der Stapelrichtung
vorbereitet. Es ist auch möglich,
einen Aufbau ohne die Abschnitte 120 zum Ausbilden der
Schutzlage zu verwenden.
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Auf
der Grundlage der vorstehend beschriebenen Prozeduren wird das Zwischenlaminat 100 erhalten,
wie es in der 10 gezeigt ist. In der 10 sind
der Grünling 110,
die Abstandslage 111 und die Klebelage 112, die
aus dem selben Material zusammengesetzt sind und zu der piezoelektrischen
Lage nach dem Brennen werden, jeweils als der Grünling 110 mit einem
einstückigen
Aufbau gezeigt.
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Das
erhaltene Zwischenlaminat 100 wird gehalten, während es
in der Stapelrichtung gedrückt wird.
Bei diesem Beispiel gibt es keinen Höhenabsatz der gedruckten Flächen, und
die Plättchen
können mit
hoher Genauigkeit gestapelt werden, da die Abstandslage 111 an
den Plättchen 51 mit
den Elektroden und den Plättchen 52 mit
der brennbaren Lage gedruckt wird. Es ist auch möglich, sie zu stapeln, während sie
geklebt werden, da die Klebelagen 112 gedruckt werden.
Dadurch ist ein Schritt zum starken Drücken des Zwischenlaminates 100 bei
einem Zustand nicht erforderlich, in dem beide Plättchen gestapelt
sind.
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Wie
dies in der 11 gezeigt ist, wird dann Seitenelektrodenmaterial 200 in
einen Zustand einer Taste mit einer elektrischen Leitfähigkeit
zum Ausbilden der Seitenelektroden an den Elektrodenanordnungsabschnitten 30 der
seitlichen Bereiche 101, 102 des Zwischenlaminates 100 aufgebracht.
Das Seitenelektrodenmaterial 300 ist aus der Ag/Pd-Legierung zusammengesetzt.
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[Schritt zum Aufbringen
des Schlammes]
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Dann
wird der Schlamm 130 zum Ausbilden der Ankerlage vorbereitet.
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Der
Schlamm 130 wird am Anfang dadurch vorbereitet, dass PVB
(Hergestellt durch Denki Kagaku Kogyo Kabusiki Kaisha) als ein Bindemittel
zu Terpineol als ein Plastifizierer hinzugefügt und gemischt wird. Nachdem
das PVB vollständig
gelöst
ist, werden ein Material, das dadurch erhalten wird, dass das keramische
Rohmaterialpulver (bei diesem Beispiel PZT) teilweise gebrannt und
geschliffen wird, damit es zu einem piezoelektrischen Material wird, brennbare
Partikel 131 und SPAN 85 (hergestellt durch Wako
Pure Chemical Industries Ltd.) als ein Dispersionsmittel hinzugefügt, und
dann wird dies mit einem Rührer
gemischt. Durch diese Prozeduren wird der Schlamm 130 zum
Ausbilden der Ankerlage vorbereitet. Kohlenstoffpartikel mit einem
durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 6 μm wurden als die brennbaren
Partikel 131 verwendet, die in dem Schlamm 130 enthalten
sind.
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Der
resultierende Schlamm 130, wie er in den 12, 13,
gezeigt ist, wird an den gesamten seitlichen Bereichen 103 des
Zwischenlaminates 100 außer an den Elektrodenanordnungsabschnitten 30 aufgebracht.
Die durchschnittliche Aufbringungsdicke des Schlammes 130 wurde
auf 12 μm
eingestellt.
-
Auch
wenn die Kohlenstoffpartikel als die brennbaren Partikel 131 verwendet
wurden, können bei
diesem Beispiel verkohlte organische Materialpartikel oder beides
davon auch verwendet werden. Die verkohlten organischen Materialpartikel
können dadurch
erhalten werden, dass ein Pulver aus organischem Materialpartikeln
verkohlt werden oder dass verkohlte organische Materialpartikel
geschliffen werden. Als das organische Material können ein
Polymermaterial wie zum Beispiel ein Kunstharz und dergleichen oder
ein Granulatmaterial wie zum Beispiel Mais oder Sojabohnen, Weizenmehl
und dergleichen verwendet werden. In diesem Fall kann eine Reduzierung
der Herstellungskosten verwirklicht werden.
-
[Brennschritt]
-
Dann
wird das Zwischenlaminat 100 durch Erwärmen entfettet. Die Erwärmungszustände sind ein
allmähliches
Anheben der Temperatur auf 500° C über 80 Stunden,
und dann wird sie für
5 Stunden erhalten. Dadurch wird ein Bindemittelkunstharz von nicht
weniger als 90% beseitigt, das in dem Grünling 110 enthalten
ist.
-
Des
Weiteren wird das Entfettete Zwischenlaminat 100 gebrannt.
Die Brennzustände
sind ein allmähliches
Anheben einer Temperatur auf 1065°C über 12 Stunden,
sie wird für
2 Stunden aufrecht erhalten, und dann wird sie in einem Ofen allmählich abgekühlt. Dadurch
wird das keramische Laminat 10 erhalten, wie es in der 14 gezeigt
ist.
-
Wie
dies in der 14 gezeigt ist, wird die piezoelektrische
Lage 11 durch den Brennschritt durch die Grünlinge 110,
die Abstandslagen 11 und die Klebelagen 112 gebildet,
und das Elektrodenmaterial 200 bildet die inneren Elektrodenlagen 21, 22.
Insbesondere an Abschnitten der Abstandslagen 111, die durch
aneinanderfügen
des Elektrodenmaterials 200 gedruckt wird, werden die Nicht-Pol-Abschnitte 29 ausgebildet.
Die Brennbaren Lagen 190 bilden die Schlitzabschnitte 19.
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Wie
dies in der selben Fig. gezeigt ist, werden die Schutzlagen 12 an
beiden Enden des Keramischen Laminates 10 in der Stapelrichtung
ausgebildet. Die Seitenelektroden 31, 32 werden
entsprechend an den seitlichen Bereichen 101, 102 von
den seitlichen Bereichen 103 des keramischen Laminates 10 einschließlich der
Schutzlagen 12 ausgebildet, und die Ankerlage 13 wird
an den anderen Bereichen ausgebildet.
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Wie
dies in der 15 gezeigt ist, werden in der
Ankerlage 13 die brennbaren Partikel 131 durch Brennen
herausgebrannt, und dabei werden die Spalte 132 ausgebildet.
Die Senkenabschnitte 133 werden aus den Spalten 132 an
einer äußeren Fläche der
Ankerlage 13 ausgebildet.
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[Schritt zum Verbinden
der äußeren Elektroden]
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Wie
dies in der 16 gezeigt ist, wird dann das
elektrisch leitende Klebemittel 33 an den Seitenelektroden 31, 32 aufgebracht,
die an den seitlichen Bereichen 101, 102 des keramischen
Laminates 10 ausgebildet sind. Zu dieser Zeit wird das
elektrisch leitende Klebemittel 33 so aufgebracht, dass
ein Maß des
elektrisch leitenden Klebemittels 33 in der Stapelrichtung
größer wird
als das Maß für die Seitenelektroden 31, 32,
und das aufgebrachte elektrisch leitende Klebemittel 33 dringt
in die Senkenabschnitte 133 der Ankerlage 13.
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Wie
dies in der 17 gezeigt ist, werden die äußeren Elektroden 34 an
dem elektrisch leitenden Klebemittel 33 angeordnet, und
dann wird das elektrisch leitende Klebemittel 33 durch
Wärme getrocknet,
um die äußeren Elektroden 34 zu
verbinden.
-
Bei
diesem Beispiel wurde eine Zusammensetzung, in der Ag als elektrisch
leitendes Füllmittel
in einem Epoxid-Kunstharz als ein isolierendes Kunstharz dispergiert
ist, als das elektrisch leitende Klebemittel 33 verwendet.
Als das isolierende Kunstharz können
auch verschiedene Arten von Kunstharzen wie zum Beispiel Silikon-Kunstharz,
ein Urethan-Kunstharz, ein Polyimid-Kunstharz und dergleichen außer dem
vorstehend beschriebenen Material verwendet werden. Als das elektrisch
leitende Füllmittel
kann außerdem
Kupfer, Nickel und dergleichen außerdem vorstehend beschriebenen
Material verwendet werden.
-
Als
die äußeren Elektroden 34 wurde
ein expandiertes Metall mit der Form eines Gitters verwendet, das
aus einer Metallplatte bearbeitet wurde. Ein gestanztes Metall oder
dergleichen außer
dem vorstehend beschriebenen Material kann außerdem verwendet werden.
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[Gießschritt]
-
Schließlich werden
die gesamten seitlichen Bereiche 103 des keramischen Laminates 10 mit dem
isolierenden Kunstharz 35 vergossen, um das laminierte
piezoelektrischen Element 1 fertig zu stellen, wie dies
in der 1 gezeigt ist. Zu dieser Zeit wird das isolierende
Kunstharz 35, wie es in der 4 gezeigt
ist, so vergossen, dass es mit der Ankerlage 13 in Kontakt
gelangt, die an den seitlichen Bereichen 103 des keramischen
Laminates 10 ausgebildet ist, und es gelangt in einen Zustand,
bei dem es in die Senkenabschnitte 133 der Ankerlage 13 dringt.
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Bei
diesem Beispiel wurde ein Silikon-Kunstharz als das isolierende
Kunstharz 35 verwendet. Ein Polyimid-Kunstharz, ein Epoxit-Kunstharz
und dergleichen außer
dem vorstehend beschriebenen Material können ebenfalls verwendet werden.
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Die
Vorgänge
und Wirkungen des Laminierten piezoelektrischen Elementes 1 und
dessen Herstellungsverfahren bei diesem Beispiel werden dann folgendermaßen beschrieben.
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Bei
dem laminierten piezoelektrischen Element 1 von diesem
Beispiel wird die Ankerlage 13 mit den Senken und Vorsprüngen an
dessen äußerer Fläche an der
Oberflächenlage
des keramischen Laminates 10 ausgebildet, die mit dem isolierenden Kunstharz
in Kontakt ist.
-
Anders
gesagt dringt das isolierte Kunstharz 35 in die Senkenabschnitte 133 der
Ankerlage 13, und es bewirkt die Ankerwirkung, da das isolierende Kunstharz
vergossen wird, wobei es mit der Ankerlage 13 in Kontakt
gelangt, die an den seitlichen Bereichen 103 des keramischen
Laminates 10 ausgebildet ist. Aufgrund der Ankerwirkung
kann die Haftung des isolierenden Kunstharzes an den seitlichen
Bereichen 103 erhöht
werden. Daher kann das isolierende Kunstharz 35 eine Haftungsfestigkeit
aufweisen, sodass sie den Spannungen stand hält, die durch die piezoelektrischen
Versetzungen während
einer Antriebsperiode verursacht werden, und es kann Defekte wie
zum Beispiel das Abschälen
des isolierenden Kunstharzes 35 an den seitlichen Bereichen 103 unterbinden.
Daher kann das laminierte piezoelektrische Element 1 eine
ausreichende Haltbarkeit und eine sichere Isolierung bei seinem
Gebrauch für
eine lange Zeitperiode bewirken.
-
Bei
diesem Beispiel beträgt
eine durchschnittliche Tiefe der Senkenabschnitte 133 der
Senken und Vorsprünge
der Ankerlage 13 5 μm.
Daher kann das isolierende Kunstharz 35, das in die Senkenabschnitte 133 der
Ankerlage 13 gedrungen ist, in ausreichender Weise die
Ankerwirkung vorsehen, und es kann die Festigkeit der Ankerlage 13 aufrecht erhalten.
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Bei
dem Verfahren zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elementes
von diesem Beispiel sind die brennbaren Partikel 131 Kohlenstoffpartikel,
die in dem Schlamm 130 zum Ausbilden der Ankerlage enthalten
sein sollen. Daher können
bei dem Brennschritt die brennbaren Partikel 131 in den Schlamm 130 herausgebrannt
werden, Spalte 132 können
ausgebildet werden, und die Ankerlage 13 mit den Senken
und Vorsprüngen
an ihrer äußeren Fläche kann
an den Oberflächenlagen 103 des
keramischen Laminates 10 sicher ausgebildet werden.
-
Der
durchschnittliche Partikeldurchmesser der brennbaren Partikel 131 beträgt 6 μm. Daher dreht
das isolierende Kunstharz 35 in einfacher Weise in die
Senkenabschnitte 133 der Ankerlage 13, die durch
herausbrennen der brennbaren Partikel 131 bei dem Brennschritt
ausgebildet werden, und die Ankerwirkung kann in ausreichender Weise
erreicht werden. Die Bearbeitbarkeit beim Aufbringen des Schlammes 130 und
die Festigkeit der ausgebildeten Ankerlage werden ausreichend.
-
Die
Schutzlagen 12 werden an beiden Enden des keramischen Laminates 10 in
der Stapelrichtung ausgebildet, und die Ankerlage 13 wird
ebenfalls an den seitlichen Bereichen 103 des keramischen
Laminates 10 einschließlich
der Schutzlagen 12 ausgebildet. Des Weiteren wird ein Teil
des elektrisch leitenden Klebemittels 33 auch so aufgebracht,
dass es mit der Ankerlage 13 in Kontakt gelangt.
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Daher
dringt das elektrisch leitende Klebemittel 33 in die Senkenabschnitte 133 der
Ankerlage 13 wie das isolierende Kunstharz 35,
und es bewirkt die Ankerwirkung. Dadurch kann die Haftung des keramischen
Laminates 10 an den seitlichen Bereichen 103 erhöht werden.
Daher kann das elektrisch leitende Klebemittel 33 eine
Haftfestigkeit haben, die den Spannungen Stand hält, die durch die piezoelektrischen
Versetzungen während
einer Antriebsperiode verursacht werden, und es kann Defekte wie
zum Beispiel das Abschälen
an den seitlichen Bereichen 103 des keramischen Laminates 10 unterbinden.
Die vorstehend beschriebene Wirkung ist äußerst wirksam, da die Schutzlagen 12 insbesondere
eine Spannung aufgrund der piezoelektrischen Versetzungen während einer
Antriebsperiode aufnehmen, die größer ist als Spannungen, die
die anderen Teile aufnehmen.
-
Gemäß diesem
Beispiel kann somit ein laminiertes piezoelektrisches Element mit
einer Struktur mit einer ausgezeichneten Haltbarkeit vorgesehen werden,
bei der die Haftung des isolierenden Kunstharzes erhöht ist,
und es kann ein Herstellungsverfahren dafür vorgesehen werden.
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Beispiel 2
-
Dieses
Beispiel ist ein Beispiel, bei dem die Formen und die Anordnungsstellen
der inneren Elektrodenlagen 21, 22 und der Schlitzabschnitte 19 in vielfältiger Weise
bei dem keramischen Laminat 10 des Beispiels 1 gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung abgewandelt wurden. Einzelheiten werden
unter Verwendung der 5 und 18 einschließlich des
keramischen Laminates 10 des Beispiels 1 beschrieben.
-
Die
Formen und die Anordnungsstellen der inneren Elektrodenlagen 21, 22 können in
vielfältiger Weise
dadurch abgewandelt werden, dass die Anordnungsstellen des Elektrodenmaterials 200 und der
Abstandslagen 111 abgewandelt werden, die an den ausgeschnittenen
Bereichen 41 des Grünlings 110 zu
bedrucken sind.
-
Die
Formen und die Anordnungsstellen der Schlitzabschnitte 19 können in
vielfältiger
Weise dadurch abgewandelt werden, dass die Druckstellen der brennbaren
Lagen 190 und der Abstandslagen 111 abgewandelt
werden, die an den ausgeschnittenen Bereichen 41 des Grünlings 110 zu
bedrucken sind, oder dass Reihenfolgen beim Drucken/Stapeln der
Plättchen 51 mit
den Elektroden und der Plättchen 52 mit
den brennbaren Lagen abgewandelt werden.
-
Die
inneren Elektrodenlagen 21, 22, wie sie in der 5 gezeigt
sind, können
Strukturen aufweisen, bei denen Nicht-Polabschnitte nur an einer Seite der
seitlichen Bereiche 101, 102 des keramischen Laminates 10 vorhanden
sind, oder, wie dies in der 18 gezeigt
ist, können
sie Strukturen haben, bei denen Nicht-Polabschnitte an allen Abschnitten
außer
an einer Seite der seitlichen Bereiche 101, 102 vorhanden
sind. Die inneren Elektrodenlagen 21, 22 können an
den gesamten seitlichen Bereichen 103 frei liegen.
-
Wie
dies in den 5 und 18 gezeigt
ist, können
die Schlitzabschnitte 19 an mittleren Abschnitten zwischen
den angrenzenden inneren Elektrodenlagen 21, 22 ausgebildet
sein, oder sie können entlang
den inneren Elektrodenlagen 21, 22 ausgebildet
sein.
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Wie
dies in den 5 und 18 gezeigt
ist, können
die Schlitzabschnitte 19 an allen Zwischenabschnitten zwischen
den angrenzenden inneren Elektrodenlagen 21, 22 ausgebildet
sein, oder sie können
an allen anderen Zwischenabschnitten oder an allen weiteren Zwischenabschnitten
zwischen den angrenzenden inneren Elektrodenlagen 21, 22 ausgebildet
sein.
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Die
Schlitzabschnitte 19, wie sie in der 5 gezeigt
sind, können
an einem Teil der seitlichen Bereiche 103 ausgebildet sein
(zum Beispiel an den ersten seitlichen Bereichen 102 oder
an den zweiten seitlichen bereichen 102), oder, wie dies
in der 18 gezeigt ist, können sie
an den gesamten seitlichen Bereichen 103 ausgebildet sein.
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Beispiel 3
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Ein
laminiertes piezoelektrisches Element bei einem Beispiel gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der 19 bis 21 weiter
beschrieben.
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Ein
laminiertes piezoelektrisches Element A1 von diesem Beispiel, wie
es in der 19 gezeigt ist, hat ein keramisches
Laminat A10 mit piezoelektrischen Lagen A11, die aus einem piezoelektrischen Material
zusammengesetzt sind, und inneren Elektrodenlagen A21, A22 mit einer
elektrischen Leitfähigkeit,
die abwechselnd gestapelt sind und ein Paar Seitenelektroden A31,
A32, die an seitlichen Bereichen A101, A102 des keramischen Laminates
A10 angeordnet sind, und außerdem äußere Elektroden A34,
die mit den Seitenelektroden A31, A32 über ein elektrisch leitendes
Klebemittel A33 verbunden sind.
-
Wie
dies in der 21 gezeigt ist, haben des Weiteren
die Seitenelektroden A31, A32 Senken und Vorsprünge an äußeren Flächen A312, A322, und das elektrisch
leitende Klebemittel A33 ist in einem Zustand angeordnet, bei dem
es in die Senkenabschnitte A313, A323 der Senken und Vorsprünge von Oberflächen der
Seitenelektroden A31, A32 dringt.
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Einzelheiten
von diesem Element werden folgendermaßen beschrieben.
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Bei
dem laminierten piezoelektrischen Element A1 von diesem Beispiel,
wie es in der 19 und in der 20 gezeigt
ist, hat das keramische Laminat A10 als die Seitenelektroden eine
erste Seitenelektrode A31, die an dem seitlichen Bereich A101 angeordnet
ist, und eine zweite Seitenelektrode A32, die an dem seitlichen
Bereich A102 angeordnet ist. Es hat außerdem als die inneren Elektrodenlagen erste
innere Elektrodenlagen A21, die elektrisch mit der ersten Seitenelektrode
A31 verbunden sind, und zweite innere Elektrodenlagen A22, die elektrisch
mit der zweiten Seitenelektrode A32 verbunden sind beide sind abwechselnd
zwischen piezoelektrischen Lagen A11 angeordnet. Schutzlagen A12
sind außerdem
an beiden Enden des keramischen Laminates A10 in der Stapelrichtung
angeordnet.
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Die
inneren Elektrodenlagen A21, A22 von diesem Beispiel sind aus einer
Legierung aus Ag/Pd konfiguriert. Die Schutzlagen A12 sind aus dem
selben Material wie die piezoelektrischen Lagen A11 konfiguriert.
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Wie
dies in der 19 gezeigt ist, sind die äußeren Elektroden
A34 mit den Seitenelektroden A31, A32 über das elektrisch leitende
Klebemittel A33 verbunden. Der gesamte Durchmesser der seitlichen
Bereiche des keramischen Laminates A10 ist mit einem isolierenden
Kunstharz A35 so vergossen, dass die Seitenelektroden A31, A32,
das elektrisch leitende Klebemittel A33 und die äußeren Elektroden A34 abgedeckt
sind.
-
Wie
dies in der 21 gezeigt ist, haben die Seitenelektroden
A31, A32 brennbare Abschnitte A41 in ihrem inneren, die später beschrieben
werden, sowie Senken und Vorsprünge
an den äußeren Flächen A312,
A322. Des Weiteren ist das elektrisch leitende Klebemittel A33 in
einem Zustand angeordnet, bei dem es in die Senkenabschnitte A313,
A323 der Senken und Vorsprünge
dringt. Die durchschnittliche Tiefe der Senkenabschnitte A313, A323
liegt zwischen 3 μm
und 4 μm.
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Die
Seitenelektroden A31, A32 von diesem Beispiel sind aus der selben
Legierung von Ag/Pd wie die inneren Elektrodenlagen A21, A22 konfiguriert.
-
Die äußeren Elektroden
A34 sind aus einem expandierten Metall mit der Form eines Gitters
zusammengesetzt, das aus einer Metallplatte erzeugt wurde. Positionen,
an denen die äußeren Elektroden A34
verbunden werden, können
nur an den oberen Abschnitten des keramischen Laminates A10 beschränkt sein.
-
Das
isolierende Kunstharz A35 ist aus einem Silikon-Kunstharz konfiguriert.
-
Wie
dies in der 20 gezeigt ist, hat das keramische
Laminat A10 von diesem Beispiel eine Schnittform eines Fasses. Die
Schnittform des keramischen Laminates A10 ist nicht auf die Fassform von
diesem Beispiel beschränkt,
und sie kann dadurch verändert
werden, dass eine Vielzahl von Formen wie zum Beispiel ein Kreis,
ein Rechteck oder ein Achteck gemäß den Anwendungen und Gebrauchszuständen verwendet
wird.
-
Wie
dies in der selben Figur des keramischen Laminates A10 gezeigt ist,
liegen Teile der Enden der inneren Elektrodenlagen A21, A22 nicht
an den seitlichen Bereichen A101, A102 frei, und das keramische
Laminat A10 hat eine sogenannte Nicht-Polstruktur, bei der Nicht-Polteile
A29 in seinem Inneren vorhanden sind.
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Ein
Verfahren zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elementes
A1 wird unter Verwendung der 22 bis 32 dann
weiter beschrieben.
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Bei
dem Verfahren zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elements
A1 von diesem Beispiel, wie es in den
-
22 bis 32 gezeigt
ist, gibt es einen Schritt zum Ausbilden eines Zwischenlaminates
einen Schritt zum Aufbringen eines Schlammes, einen Brennschritt
und einen Schritt zum Verbinden von äußeren Elektroden.
-
Der
Schritt zum Ausbilden des Zwischenlaminates ist ein Schritt zum
Ausbilden des Zwischenlaminates A100 durch abwechselndes Stapeln
von Grünlingen
A110, die zu den piezoelektrischen Lagen A11 werden, und von Elektrodenmaterial
A20, das zu den inneren Elektrodenlagen A21, A22 wird.
-
Der
Schritt zum Aufbringen des Schlammes ist ein Schritt zum Aufbringen
des Schlammes A30 zum Ausbilden von Senken und Vorsprüngen mit brennbaren
Partikeln A4, die später
durch Brennen an seitlichen Bereichen A101, A102 des Zwischenlaminates
A100 herausgebrannt werden.
-
Der
Brennschritt ist ein Schritt zum Erhalten des keramischen Laminates
A10 durch Brennen des Zwischenlaminates A100, und zum Ausbilden
der Seitenleketroden A31, A32 mit den Senken und Vorsprüngen an
den äußeren Flächen A312,
A322, die durch Brennen des Schlammes A30 ausgebildet werden, um
die Senken und Vorsprünge
an den seitlichen Bereichen A101, A102 des keramischen Laminates
A10 auszubilden.
-
Der
Schritt zum Verbinden der äußeren Elektroden
ist ein Schritt zum Aufbringen des elektrisch leitenden Klebemittels
A33 auf die Seitenelektroden A31, A32, und zum Verbinden der äußeren Elektroden
A34 damit.
-
Weitere
Einzelheiten werden folgendermaßen
beschrieben.
-
[Schritt zum Ausbilden
des Zwischenlaminates]
-
Am
Anfang wird der Grünling
A110 vorbereitet, der zu den piezoelektrischen Lagen A11 wird.
-
Ein
keramisches Rohpulver, das zu dem piezoelektrischen Material wird,
wird vorbereitet und teilweise von 800°C bis 950°C gebrannt. Dann werden reines
Wasser, ein Dispersionsmittel und dergleichen zu dem teilweise gebrannten
Pulver hinzugefügt,
um einen Schlamm auszubilden, und dem Schlamm wird durch eine Perlenmühle Wasserzugesetzt.
Nachdem dieses Grundmaterial getrocknet und entfettet wurde, werden
ein Lösemittel,
ein Bindemittel, ein Plastifizierer, ein Dispersionsmittel und dergleichen
zu dem Schlamm hinzugefügt,
und dann wird der Schlamm durch eine Kugelmühle gemischt. Der Schlamm wird dann
unter Unterdruck entgast, und die Viskosität von ihm wird eingestellt,
indem er in einer Einrichtung unter einem Unterdruck gemischt wird.
-
Der
Grünling
A110 mit einer konstanten Dicke wird dadurch ausgebildet, dass der
Schlamm auf einem Trägerfilm
A119 durch ein Rakelmesser-Verfahren aufgebracht wird (siehe 22).
-
Bei
diesem Beispiel wurde Bleizirkonat-Titanat (PZT) als das keramische
Material verwendet, das zu dem piezoelektrischen Material wird.
Ein Extrusionsgießverfahren
und andere verschiedene Verfahren außer dem Rakelmesser-Verfahren,
das bei diesem Beispiel verwendet wird, können als das Gießverfahren
des Grünlings
A110 verwendet werden.
-
Dann
werden zwei Arten aus einem ersten Plättchen A51 und einem zweiten
Plättchen
A52 vorbereitet (siehe 23(a) 23(b)), die das Zwischenlaminat A100 konfigurieren.
-
Wie
dies in der 22 gezeigt ist, werden an den
ersten Plättchen
A51 und an den zweiten Plättchen
A52 das Elektrodenmaterial A20 an Abschnitten siebgedruckt, an denen
die inneren Elektrodenlagen A21, A22 an den ausgeschnittenen Bereichen A50
an dem Grünling
A110 ausgebildet werden. Dann werden an ausgeschnittenen Bereichen
A50 die Abstandslagen A111 mit der selben Dicke wie das Elektrodenmaterial
A20 an Abschnitten siebgedruckt, an denen das Elektrodenmaterial
A20 nicht gedruckt wurde, und es werden anders gesagt die Nicht- Polteile A29 ausgebildet,
damit die gedruckten Höhen
der Abschnitte, an denen das Elektrodenmaterial A20 siebgedruckt
wurde, ungefähr
mit den gedruckten Höhen
der anderen Abschnitte übereinstimmen.
Klebelagen A112 werden an dem Elektrodenmaterial A20 und den Abstandslagen
A111 siebgedruckt, um eine Klebewirkung zu erhöhen, wenn die Plättchen A51,
A52 gestapelt werden.
-
Wie
dies in der 22 gezeigt ist, werden bei diesem
Beispiel das Drucken für
die ersten Plättchen
A51 und das Drucken für
die zweiten Plättchen A52
im Voraus in der Längsrichtung
eines kontinuierlichen Grünlings
A110 abwechselnd durchgeführt, um
in wirksamer Weise mit dem Herausschneiden und Stapeln der Plättchen A51,
A52 mit der Schneid/Stapel-Einrichtung vorzuschreiten, was später beschrieben
wird.
-
Eine
Legierungspaste aus Ag/Pd wurde als das Elektrodenmaterial A20 verwendet.
Ein einziges Substrat wie zum Beispiel Ag/Pd, Cu und Ni oder eine
Legierung wie zum Beispiel Cu/Ni außer dieser Legierung kann ebenfalls
verwendet werden.
-
Der
Schlamm, der den Grünling
A110 konfiguriert, wurde als die Abstandslage A111 und die Klebelagen
A112 verwendet.
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Dann
wurden das Herausschneiden der ausgeschnittenen Bereiche A50 an
dem Grünling
A110 und das Stapeln der Plättchen
A51, A52, die durch Herausschneiden erhalten werden, parallel mit
der Schneid/Stapel-Einrichtung durchgeführt (in den Figuren weggelassen),
die so gebildet ist, dass sie das Herausschneiden und das Stapeln
der Plättchen gleichzeitig
durchführt.
-
Der
Grünling
A110, der an dem Trägerfilm A119
ausgebildet ist, wird am Anfang in die Schneid/Stapel-Einrichtung
gelegt, und dann werden die herausgeschnittenen Bereiche A50 an
den Grünling
A110 herausgeschnitten, um die ersten Plättchen A51 und die zweiten
Plättchen
A52 zu erhalten, wie sie in den 23(A) , 23(B) gezeigt sind.
-
Wie
dies in der 24 gezeigt ist, werden beide
erhaltenen Plättchen
A51, A52 abwechselnd gestapelt. Zu dieser Zeit werden Blätter A112
zum Ausbilden von Schutzlagen, die zu den Schutzlagen A12 werden,
an beiden Enden der Plättchen
A51 A52 in der Stapelrichtung gestapelt. Die Blätter A120 zum Ausbilden der
Schutzlagen sind aus dem selben Material wie die Grünlinge A110
ausgebildet.
-
Auf
der Grundlage der vorstehend beschriebenen Prozeduren wird das Zwischenlaminat
erhalten, wie es in der 25 gezeigt
ist. In der 25 sind zur Vereinfachung die
Abstandslage A111 und die Klebelage A112 als eine einstückige Struktur
mit dem Grünling
A110 gezeigt, der aus dem selben Material zusammengesetzt ist.
-
[Schritt zum Aufbringen
des Schlammes]
-
Dann
wird der Schlamm A30 zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge vorbereitet.
-
Der
Schlamm A30 zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge wird dadurch vorbereitet,
dass Kohlenstoffpartikel als brennbare Partikel A4 und ein Lösemittel
zum Einstellen der Viskosität
des Elektrodenmaterials A20 in einen Zustand einer Paste hinzugefügt werden,
die die Ag/Pd-Legierung enthält, und
dass dieses gemischt wird. Der Gehalt der brennbaren Partikel A4
des Schlammes A30 zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge beträgt 12 Gew.
%.
-
Wie
dies in den 26 und 27 gezeigt ist,
wird der vorbereitete Schlamm A30 zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge des
Weiteren auf die seitlichen Bereiche A101, A102 des Zwischenlaminates
A100 aufgebracht. Die durchschnittliche Dicke des aufgebrachten
Schlammes A30 zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge betrug
12 μm. Ein Siebdruckverfahren
wurde als ein Verfahren zum Aufbringen des Schlammes A30 zum Ausbilden
der Senken und Vorsprünge
bei diesem Beispiel verwendet.
-
Andere
vielfältige
Verfahren können
auch als ein Verfahren zum Aufbringen verwendet werden.
-
Bei
diesem Beispiel wurden Kohlenstoffpartikel mit einem durchschnittlichen
Partikeldurchmesser von 6 μm
als die brennbaren Partikel A4 verwendet. Außerdem können verkohlte organische Materialpartikel,
Kunstharzpartikel und dergleichen außer den Kohlenstoffpartikeln
verwendet werden. Von diesen Materialien kann nur eine Materialart
verwendet werden, oder es können
mehrere Materialarten verwendet werden, indem diese kombiniert werden.
-
Die
verkohlten organischen Materialpartikel können dadurch erhalten werden,
dass ein Pulver eines organischen Materiales verkohlt wird, oder
dass ein verkohltes organisches Material geschliffen wird. Als das
organische Material kann ein Polymermaterial wie zum Beispiel ein
Kunstharz oder ein Granulatmaterial wie zum Beispiel Mais, Sojabohnen,
Weizenmehl und dergleichen verwendet werden. In diesem Fall können die
Herstellungskosten reduziert werden.
-
[Brennschritt]
-
Dann
wird das Zwischenlaminat A100 durch Erwärmen entfettet. Die Erwärmungszustände sind ein
allmähliches
Anheben einer Temperatur auf 500°C über 80 Stunden,
und dann wird diese für
5 Stunden aufrecht erhalten. Dadurch wird ein Binderkunstharz von
nicht weniger als 90% beseitigt, das in dem Zwischenlaminat A100
enthalten ist.
-
Des
Weiteren wird das entfettete Zwischenlaminat A100 gebrannt. Die
Brennzustände
sind ein allmähliches
Anheben einer Temperatur auf 1065°C über 12 Stunden,
dann wird diese für
zwei Stunden aufrecht erhalten, und dann wird sie in einem Ofen allmählich abgekühlt. Dadurch
wird das keramische Laminat A10 (siehe 30) erhalten.
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Durch
diesen Brennschritt werden die Grünlinge A110, die Abstandslagen
A111 und die Klebelagen A112 in dem Zwischenlaminat A100 zu der
piezoelektrischen Lage A11, und das Elektrodenmaterial A20 wird
zu den inneren Elektrodenlagen A21, A22. Abschnitte der Abstandslagen
A111, die durch Anfügen
des Elektrodenmaterials A20 gedruckt sind, werden zu den Nicht-Polteilen A29. Die
Schutzlage A12 werden an beiden Enden des keramischen Laminates
A10 in der Stapelrichtung ausgebildet.
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Wie
dies in der 28 gezeigt ist, werden die Seitenelektroden
A31, A32 mit den Senken und Vorsprüngen an den äußeren Flächen A312,
A322 an den entsprechenden seitlichen Bereichen A101, A102 des keramischen
Laminates A10 ausgebildet. Diese Seitenelektroden A31, A32 haben
brennbare Abschnitte A41, die Spaltabschnitte sind, die durch Herausbrennen
der brennbaren Partikel ausgebildet werden, die in dem Schlamm A30
zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge enthalten waren. Von diesen brennbaren
Abschnitten A41 werden die brennbaren Abschnitte A41, die an den äußeren Flächen A312, A322
der Seitenelektroden A31, A32 münden,
als Senkenabschnitte A313, A323 ausgebildet.
-
Hierbei
wurden Zustände
zum Ausbilden der Senkenabschnitte A313, A323 an den Seitenelektroden
A31, A32 ausgewertet. Wie dies in der 29 gezeigt
ist, wird an Schnittbereichen in der Achsrichtung der Seitenelektroden
A31, A32 eine Gerade A60 optional von den seitlichen Bereichen A101,
A102 des keramischen Laminates A10 zu den äußeren Flächen A312, A322 der Seitenelektrode
gezogen. Wenn L eine Länge
der Geraden A60 darstellt, und wenn A eine Summe der Längen (a1, a2, a3,...)
von Spaltabschnitten (brennbare Abschnitte A41 bei diesem Beispiel)
darstellt, die an der Geraden A60 vorhanden sind, dann war A/L bei
diesem Beispiel zwischen 0,4 und 0,5.
-
[Schritt zum Verbinden
der äußeren Elektroden]
-
Wie
dies in der 30 gezeigt ist, wird dann das
elektrisch leitende Klebemittel A33 an den Seitenelektroden A31,
A32 aufgebracht, die an den seitlichen Bereichen A101, A102 des keramischen
Laminates A10 ausgebildet sind. Zu dieser Zeit wird das elektrisch
leitende Klebemittel A33, wie es in der 31 gezeigt
ist, so aufgebracht, dass es in die Senkenabschnitte A313, A323
drängt,
die an den seitlichen Bereichen A312, A322 der Seitenelektroden
A31, A32 ausgebildet sind.
-
Wie
dies in der 32 gezeigt ist, werden die äußeren Elektroden
A34 an dem elektrisch leitenden Klebemittel A33 angeordnet, und
dann wird das elektrisch leitende Klebemittel A33 durch Wärme getrocknet,
um die äußeren Elektroden
A34 zu verbinden.
-
Bei
diesem Beispiel wurde eine Zusammensetzung, in der Ag als elektrisch
leitendes Füllmittel
in einem Epoxid-Kunstharz als ein isolierendes Kunstharz dispergiert
ist, als das elektrisch leitende Klebemittel A33 verwendet. Als
das isolierende Kunstharz können
verschiedene Arten von Kunstharze wie zum Beispiel ein Silikon-Kunstharz,
ein Urethan-Kunstharz, ein Polyimid-Kunstharz oder der gleichen
außer den
vorstehend beschriebenen Materialien ebenfalls verwendet werden.
Als das elektrisch leitende Füllmittel
kann Platin, Kupfer, Nickel und der gleichen außer dem vorstehend beschriebenen
Material ebenfalls verwendet werden.
-
Als
die äußeren Elektroden
A34 wird ein expandiertes Metall in der Form eines Gitters verwendet,
das aus einer Metallplatte verarbeitet wurde. Ein gestanztes Metall
oder der gleichen außer
dem vorstehend beschriebenen Material kann ebenfalls verwendet werden.
-
Schließlich wird
ein gesamter Seitenumfang des keramischen Laminates A10 mit dem
isolierenden Kunstharz A35 vergossen (in den Figuren weggelassen),
um das laminierte piezoelektrische Element A1 fertig zu stellen,
das in der 19 beschrieben ist.
-
Bei
diesem Beispiel wurde ein Silikon-Kunstharz als das isolierende
Kunstharz A35 verwendet. Es kann auch ein Polyimid- Kunstharz, ein Epoxid-Kunstharz
und der gleichen außer
diesem Material verwendet werden.
-
Vorgänge und
Wirkungen des laminierten piezoelektrischen Elementes A1 bei diesem
Beispiel werden dann folgendermaßen beschrieben.
-
Bei
dem laminierten piezoelektrischen Element A1 von diesem Beispiel
sind Senken und Vorsprünge
an den äußeren Flächen A312,
A322 der Seitenelektroden A31, A32 ausgebildet. Das elektrisch leitende
Klebemittel A33 ist so angeordnet, dass es in die Senkenabschnitte
A313, A323 der Senken und Vorsprünge
dringt, die an den Seitenelektroden A31, A32 ausgebildet sind. Daher
kann das elektrisch leitende Klebemittel A33 die Kontakteigenschaften
und die Klebeeigenschaften mit den Seitenelektroden A31, A32 verbessern.
Anders gesagt kann die Ankerwirkung erreicht werden. Auf Grund dieser
Ankerwirkung kann das elektrisch leitende Klebemittel A33 die engen
Kontakteigenschaften und die Klebeeigenschaften erreichen, die den
Versetzungen der piezoelektrischen Lagen A11 standhalten können, die
während
einer Antriebsperiode des laminierten piezoelektrischen Elementes
A1 wiederholt auftreten. Daher kann das laminierte piezoelektrische
Element A1 unterbinden, dass sich das elektrisch leitende Klebemittel
A33 von den Oberflächen der
Seitenelektroden A31, A32 abschält,
und es kann eine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem elektrisch
leitenden Klebemittel A33 und den Seitenelektroden A31, A32 für eine lange
Zeitperiode gewährleisten.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, haben die Seitenelektroden A31,
A32 Senken und Vorsprünge
an den äußeren Flächen A312,
A322. Daher ist der Bereich groß,
in dem das elektrisch leitende Klebemittel A33 mit den Seitenelektroden
A31, A32 in Kontakt ist. Dadurch kann das laminierte piezoelektrische
Element A1 ebenfalls die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem elektrisch
leitenden Klebemittel A33 und den Seitenelektroden A31, A32 verbessern.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, kann des Weiteren das elektrisch
leitende Klebemittel A33 mit einer geringen Haftfestigkeit zum Beispiel
auch verwendet werden, da es möglich
ist, die Kontakteigenschaften und die Klebeeigenschaften des elektrisch
leitenden Klebemittels A33 zu verbessern. Auch wenn das elektrisch
leitende Klebemittel A33 auf Grund der Verwendung bei einer hohen
Temperatur verschlechtert wird, kann das Abschälen des elektrisch leitenden
Klebemittels A33 verhindert werden.
-
Des
Weiteren ist bei diesem Beispiel die durchschnittliche Tiefe der
Senkenabschnitte A313, A323 der Senken und Vorsprünge an den
Seitenelektroden A31, A32 in einem Bereich zwischen 3 μm und 5 μm. Daher
kann das elektrisch leitende Klebemittel A33 die Ankerwirkung ausreichend
bewirken.
-
Bei
dem Verfahren zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elementes
A1 enthalten die brennbaren Partikel A4 Kohlenstoffpartikel. Daher können bei
dem Brennschritt die brennbaren Partikel A4 durch Brennen sicher
herausgebrannt werden, und die Senken und Vorsprünge können an den äußeren Flächen A312,
A322 der Seitenelektroden A31, A32 sicher ausgebildet werden.
-
Der
durchschnittliche Partikeldurchmesser der brennbaren Partikel A4
beträgt
6 μm. Daher
können
die Senken und Vorsprünge
an den äußeren Flächen A312,
A322 an den Seitenelektroden A31, A32 ausreichend ausgebildet werden,
und es wird einfach, dass elektrisch leitende Klebemittel A33 in
einem Zustand anzuordnen, bei dem es in die Senkenabschnitte A313,
A323 der Seitenelektroden A31, A32 dringt.
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Der
Schlamm A30 zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge enthält die brennbaren Partikel A4
mit 12 Gew. %. Daher können
die Senken und Vorsprünge
in ausreichender Weise an den äußeren Flächen A312,
A322 an den Seitenelektroden A31, A32 ausgebildet werden.
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Des
Weiteren enthält
der Schlamm A30 zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge das
selbe elektrisch leitende Material wie das Elektrodenmaterial A20.
Daher werden die Seitenelektroden A31, A32 und die inneren Elektrodenlagen
A21, A22 dadurch gebildet, dass sie das selbe elektrisch leitende Material
enthalten.
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Dadurch
kann die elektrische Leitfähigkeit zwischen
den Seitenelektroden A31, A32 und den inneren Elektrodenladen A21,
A22 verbessert werden, die in einem gegenseitigen Kontakt ausgebildet
sind.
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Somit
kann das laminierte piezoelektrische Element A1 von diesem Beispiel
die Erzeugung von Defekten unterbinden, und es hat eine ausgezeichnete
Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
auch während einer
langen Gebrauchszeit.
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Auch
wenn das keramische Laminat A10 bei diesem Beispiel eine Nicht-Polstruktur
in seinem Inneren aufweist, in denen Teile der Enden der inneren Elektrodenlagen
A21, A22 nicht frei liegen, kann es eine Struktur aufweisen, bei
der die gesamten Enden der inneren Elektrodenlagen A21, A22 an den
seitlichen Bereichen frei liegen.
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Das
Zwischenlaminat A100 und der Schlamm A30 zum Ausbilden der Senken
und Vorsprünge
wurden als ein Stück
gebrannt. Jedoch können
beide auch getrennt gebrannt werden. Anders gesagt ist es auch möglich, dass
das keramische Laminat A10 dadurch erhalten wird, dass das Zwischenlaminat
A100 gebrannt wird, und dass dann der Schlamm A30 zum Ausbilden
der Senken und Vorsprünge
an den seitlichen Bereichen A101, A102 des keramischen Laminates
A10 aufgebracht und gebrannt wird.
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Wie
dies in der 33 gezeigt ist, können bei
dem keramischen Laminat A10 Schlitzabschnitte A19 mit einer Schlitzform
auch ausgebildet werden, die mit eingesunkenen Kanälen in einer
Richtung ihrer Umfänge
versehen sind. In diesem Fall können Risse
oder dergleichen unterbunden werden, die im Inneren des keramischen
Laminates A10 auf Grund der Versetzungen der piezoelektrischen Lagen
A11 auftreten. Diese Schlitzabschnitte A19 können auch an allen Zwischenabschnitten
der inneren Elektrodenlagen A21, A22 ausgebildet sein, wie dies
in der 33 gezeigt ist. Die Schlitzabschnitte
können
an anderen unterschiedlichen Orten ausgebildet sein. Diese Schlitzabschnitte
A19 können
zum Beispiel durch Drucken eines brennbaren Materials ausgebildet
werden, dass durch Brennen an dem Grünling A110 im Voraus herausgebrannt
wird.
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Beispiel 4
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Dieses
Beispiel ist ein Beispiel auf der Grundlage des laminierten piezoelektrischen
Elementes A1 bei dem Beispiel 3 gemäss dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung, bei dem eine Konfiguration der Seitenelektroden A31,
A32 abgewandelt wurde.
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Wie
dies in der 35 gezeigt ist, sind bei diesem
Beispiel die Seitenelektroden A31, A32 jeweils mit zwei Lagen einer
Basislage A310, A320 konfiguriert, die an ihren unteren Lagenabschnitten ausgebildet
sind, und mit zwei Lagen A311, A321 mit Senken und Vorsprüngen, die
an ihren oberen Lagenabschnitten ausgebildet sind. Die Lagen A311, A321
der Senken und Vorsprünge
enthalten im Inneren die brennbaren Abschnitte A41, die später beschrieben
werden, und die Senken und Vorsprünge an ihren äußeren Flächen, das
heißt
an den äußeren Flächen A312,
A322 der Seitenelektroden A31, A32. Diese Senken und Vorsprünge haben
Senkenabschnitte A313, A323. Die Basislagen A310, A320 sind aus
der selben Legierung aus Ag/Pd wie die inneren Elektrodenlagen A21,
A22 konfiguriert.
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Andere
Punkte sind gleich wie bei dem Beispiel 3.
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Ein
Verfahren zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elementes
A1 von diesem Beispiel wird dann des Weiteren beschrieben.
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Bei
dem Herstellungsverfahren von diesem Beispiel wird bei dem Schritt
zum Aufbringen des Schlammes, wie er in der 34 gezeigt
ist, ein Basisschlamm A300, in dem der Gehalt der brennbaren Partikel
0 beträgt
und der das selbe elektrisch leitende Material wie das Elektrodenmaterial
A20 enthält, an
den seitlichen Bereichen A101, A102 des Zwischenlaminates A100 aufgebracht.
Dann wird der Schlamm A30 zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge auf
dem Basisschlamm A300 aufgebracht.
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Bei
dem Brennschritt wird das Zwischenlaminat A100 gebrannt, und dann,
wie dies in der 35 gezeigt ist, die Seitenelektroden
A31, A32, die jeweils aus zwei Lagen mit den Basislagen A310, A320
und Lagen A311, A320 mit Senken und Vorsprüngen an den seitlichen Bereichen
A101, A102 des keramischen Laminates A10 zusammen gesetzt sind.
Die Lagen A311, A321 der Senken und Vorsprünge der Seitenelektroden A31,
A32 haben brennbarere Abschnitte A41, die Spaltabschnitte sind,
die durch das Herausbrennen der brennbaren Partikel A4 ausgebildet
werden. Von den brennbaren Abschnitten A41 werden die brennbaren
Abschnitte A41, die an den äußeren Flächen A312,
A322 der Seitenelektroden A31, A32 geöffnet sind, als die Senkenabschnitte A313,
A323 ausgebildet.
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Anderes
ist gleich wie bei dem Herstellungsverfahren des Beispieles 3.
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In
diesem Fall sind an den Seitenelektroden A31, A32 keine brennbaren
Abschnitte A41 in den Basislagen A310, A320 an jener Seite ausgebildet, die
mit den seitlichen Bereichen A101, A102 des keramischen Laminates
A10 in Kontakt ist. Dadurch kann die elektrische Leitfähigkeit
zwischen den Basislagen A310, A320 und den inneren Elektrodenlagen
A21, A22 verbessert werden, das heißt zwischen den Seitenelektroden
A31, A32 und den inneren Elektrodenlagen A21, A22.
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Der
Basisschlamm A300 enthält
das selbe elektrisch leitende Material wie das Elektrodenmaterial
A20. Daher werden die Basislagen A310, A320 und die inneren Elektrodenlagen
A21, A22 dadurch gebildet, dass sie das selbe elektrisch leitende Material
enthalten. Dadurch kann die vorstehend erwähnte Wirkung weiter verbessert
werden.
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Andere
Vorgänge
und Wirkungen sind gleich wie die Wirkungen des Beispieles 3.
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Bei
diesem Beispiel kann als der Basisschlamm A300 ein Schlamm verwendet
werden, der brennbare Partikel A4 enthält, auch wenn ein Schlamm ohne
brennbare Partikel verwendet wurde. Jedoch ist es vorzuziehen, dass
der Gehalt der brennbaren Partikel geringer als bei dem Schlamm A30
zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge ist. Wenn der Gehalt der
brennbaren Partikel für
den Basisschlamm A300 größer als
bei dem Schlamm A30 zum Ausbilden der Senken und Vorsprünge ist,
dann besteht die Möglichkeit,
dass die vorstehend beschriebenen Wirkungen nicht erhalten werden.
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Beispiel 5
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Dieses
Beispiel ist ein Beispiel, bei dem das laminierte piezoelektrische
Element 1 (A1) des Beispieles 1 (Beispiel 3) als ein piezoelektrischer
Aktuator für
eine Einspritzvorrichtung 6 verwendet wird.
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Die
Einspritzvorrichtung 6 von diesem Beispiel, wie sie in
der 36 gezeigt ist, ist eine Einspritzvorrichtung,
die bei einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Dieselkraftmaschine
verwendet wird.
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Diese
Einspritzvorrichtung 6, wie sie in der selben Fig. gezeigt
ist, hat ein oberes Gehäuse 62, an
dem das laminierte piezoelektrische Element 1 (A1) als
ein Antriebsteil angebracht ist, und ein unteres Gehäuse 63,
das an dem unteren Ende des oberen Gehäuses befestigt ist, an dem
ein Einspritzdüsenabschnitt 64 im
Inneren ausgebildet ist.
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Das
obere Gehäuse 62 hat
ungefähr
eine Form eines runden Zylinders, und das laminierte piezoelektrische
Element 1 (A1) ist im Inneren eines Längsloches 621 eingefügt und befestigt,
das gegenüber
der Mittelachse dezentriert ist.
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An
der Seite des Längsloches 621 ist
parallel ein Hochdruckkraftstoffkanal 622 angeordnet, und dessen
oberes Ende ist mit einem Verbindungskanal durch ein Kraftstoffeinführungsrohr 623 versehen, der
an einer oberen Seite des oberen Gehäuses 62 zu einer äußeren Common-Rail
vorsteht (in der 36 weggelassen).
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Das
obere Gehäuse 62 ist
außerdem
mit einem Kraftstoffausflussrohr 625 mit einem Kanal versehen,
der mit einem Auslasskanal 624 in Verbindung ist, und der
aus dem Kraftstoffausflussrohr 625 herausströmende Kraftstoff
kehrt zu einem Kraftstoffbehälter
zurück
(in der 36 weggelassen).
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Der
Auslasskanal 624 ist durch einen Spalt 60 zwischen
dem Längsloch 621 und
dem Antriebsteil (dem laminierten piezoelektrischen Element) 1 (A1)
mit einem Kanal versehen, der mit einem 3-Wege-Ventil 651,
was später
beschrieben wird, über
einen Kanal (in der 36 weggelassen) in Verbindung
ist, der sich von diesem Spalt 60 nach unten in dem oberen
Gehäuse 62 und
dem unteren Gehäuse 63 erstreckt.
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Der
Einspritzdüsenabschnitt 64 hat
eine Düsennadel 641,
die in einem Kolbenkörper 631 nach oben
oder nach unten gleitet, und einen Einspritzschlitz 643,
der den Hochdruckkraftstoff, der von einem Kraftstoffreservoir 642 zugeführt wird,
welcher durch die Düsennadel 641 geöffnet/geschlossen wird,
in einen entsprechenden Zylinder der Kraftmaschinen einspritzt.
Das Kraftstoffreservoir 642 ist an dem Umfang des mittleren
Abschnittes der Düsennadel 641 versehen,
und ein unterer Endabschnitt des Hochdruckkraftstoffkanals 622 mündet hier.
Die Düsennadel 641 nimmt
einen Kraftstoffdruck in der Ventilöffnungsrichtung von dem Kraftstoffreservoir 642 auf,
und sie nimmt ebenfalls einen Kraftstoffdruck in der Ventilschließrichtung
aus einer Staudruckkammer 644 auf, die gegenüber dem
oberen Endbereich vorgesehen ist. Wenn der Druck der Staudruckkammer 644 verringert
wird, dann wird die Düsennadel 641 angehoben,
der Einspritzschlitz 643 wird geöffnet und der Kraftstoff wird
eingespritzt.
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Der
Druck der Staudruckkammer 644 wird durch das 3-Wege-Ventil 651 erhöht oder
verringert. Das 3-Wege-Ventil 651 ist so konfiguriert,
dass es wahlweise mit einem Verbindungskanal mit der Staudruckkammer 644 und
dem Hochdruckkraftstoffkanal 622 oder dem Auslasskanal 624 versehen
ist. Ein Ventilelement mit der Form einer Kugel, das einen Anschluss öffnet oder
schließt,
der über
einen Kanal mit dem Hochdruckkraftstoffkanal 622 oder dem
Auslasskanal 624 in Verbindung ist, ist hier vorgesehen. Dieses
Ventilelement wird durch den Antriebsteil 1 (A1) über einen
Kolben 652 mit einem großen Durchmesser angetrieben,
der an einer unteren Position des Antriebsteiles angeordnet ist,
durch eine Öldruckkammer 653 und
einen Kolben 654 mit kleinem Durchmesser.
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Bei
diesem Beispiel wird das laminierte piezoelektrische Element 1 (A1)
gemäß Beispiel
1 (Beispiel 3) als eine Antriebsquelle der Einspritzvorrichtung 6 mit
der vorstehend beschriebenen Konfiguration verwendet. Das laminierte
piezoelektrische Element 1 hat gemäß der vorstehenden Beschreibung eine
ausgezeichnete Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. Das laminierte piezoelektrische
Element A1 hat eine Struktur mit einer ausgezeichneten Haltbarkeit
und Isolierung. Daher kann die Funktion der gesamten Einspritzvorrichtung 6 verbessert
werden.
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Ein
laminiertes piezoelektrisches Element 1 hat ein keramisches
Laminat 10 mit piezoelektrischen Lagen 11, die
aus einem piezoelektrischen Material zusammengesetzt sind, und mit
inneren Elektrodenlagen 21, 22 mit einer elektrischen
Leitfähigkeit,
die abwechselnd gestapelt sind, wobei äußere Elektroden mit seitlichen
Bereichen 103 des keramischen Laminates 10 verbunden
sind, und wobei die gesamten seitlichen Bereiche 103 des
keramischen Laminates 10 mit einem isolierenden Kunstharz 35 vergossen
sind. Ein laminiertes piezoelektrisches Element A1 hat ein keramisches
Laminat A10 mit piezoelektrischen Lagen A11, die aus einem piezoelektrischen
Material zusammengesetzt sind, und mit inneren Elektrodenlagen A21,
A22 mit einer elektrischen Leitfähigkeit,
die abwechselnd gestapelt sind, wobei ein Paar Seitenelektroden
A31, A32 an seitlichen Bereichen A101, A102 des keramischen Laminates
A10 vorgesehen sind, und wobei äußere Elektroden
A34 mit den Seitenelektroden A31, A32 über ein elektrisch leitendes
Klebemittel A33 verbunden sind, wobei die Seitenelektroden A31,
A32 Senken und Vorsprünge
an ihren äußeren Flächen A312, A322
aufweisen, und wobei das elektrisch leitende Klebemittel A33 in
einem Zustand angeordnet ist, bei dem es in die Senkenabschnitte
A313, A323 der Senken und Vorsprünge
von den Oberflächen
der Seitenelektroden A31, A32 dringt.