DE102006000536A1

DE102006000536A1 - Piezoelektrisches Schichtelement und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102006000536A1
Application number: DE200610000536
Authority: DE
Inventors: Shige Kariya Kadotani; Akio Kariya Iwase; Teruaki Kariya Yamaguchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2007-08-09
Also published as: JP2007173320A; US7554250B2; US20070164638A1

Abstract

Ein piezoelektrisches Schichtelement (1) hat einen Keramikschichtkörper (10), der durch abwechselndes Aufschichten von piezoelektrischen Schichten (11), die aus einem piezoelektrischen Material bestehen, und Innenelektrodenschichten (20), die elektrische Leitfähigkeit haben, erzielt wurde und Außenelektroden (34) hat, die über einen elektrisch leitenden Klebstoff (33) mit den Seitenflächen (101, 102) des Keramikschichtkörpers (10) verbunden sind, wobei in dem elektrisch leitenden Klebstoff (33) Gitterkörper (4) eingebettet sind, die erzielt wurden, indem unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials ein Gitter gebildet wurde. Die Gitterkörper (4) werden wünschenswerter Weise unter Verwendung von entweder einem Harz, einer Keramik, von Kohlenstoff oder Glas gebildet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Schichtelement, das zum Beispiel bei einem piezoelektrischen Aktor und dergleichen Anwendung findet, und auf ein Herstellungsverfahren dafür.

Stand der Technik

In den letzten Jahren sind unter dem Standpunkt der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen und im Hinblick auf die Umwelt, etwa geringere Abgasemissionen, Einspritzdüsen zur Kraftstoffstoffeinspritzung in Kraftfahrzeugen entwickelt worden, die piezoelektrische Schichtelemente verwenden.

Ein piezoelektrisches Schichtelement hat einen Keramikschichtkörper, der durch abwechselndes Aufschichten von piezoelektrischen Schichten, die gewöhnlich aus einem piezoelektrischen Material bestehen, und Innenelektrodenschichten, die elektrische Leitfähigkeit haben, erzielt wird und Außenelektroden hat, die über einen elektrisch leitenden Klebstoff mit Seitenflächen des Keramikschichtkörpers verbunden sind. Wenn an die Innenelektrodenschichten eine Spannung angelegt wird, unterliegen die piezoelektrischen Schichten einer Verschiebung, so dass sie angetrieben werden.

Wenn das piezoelektrische Schichtelement zum Beispiel für eine Einspritzdüse genützt wird, treten in einer harten Umgebung, etwa wenn es längere Zeit in einer Hochtemperaturatmosphäre eingesetzt wird, eine Reihe von Problemen auf. Wenn das Element angetrieben wird, d.h. wenn sich der Keramikschichtkörper aufgrund der piezoelektrischen Verschiebung in der Aufschichtungsrichtung zusammenzieht und verlängert, wird auf dem elektrisch leitenden Klebstoff, der auf seiner Seitenfläche angeordnet ist, zum Beispiel eine Spannung ausgeübt. Wenn die Spannung wiederholt ausgeübt wird, kommt es zu dem Problem, dass in dem elektrisch leitenden Klebstoff Risse entstehen. Daher wird das elektrische Leitvermögen (nachstehend einfach als Leitvermögen bezeichnet) zwischen den über den elektrisch leitenden Klebstoff miteinander elektrisch verbundenen Innenelektrodenschichten und Außenelektroden nicht aufrechterhalten und können Probleme wie ein schlechtes Leitvermögen auftreten.

Um das obige Problem zu lösen, offenbart die japanische Offenlegungsschrift JP 2003-086853 A zum Beispiel einen Aufbau für ein piezoelektrisches Schichtelement, in dem mit den Seitenflächen des polförmigen Schichtkörpers (Keramikschichtkörpers) metallische, plattenförmige Leiterelemente verbunden sind und zwischen diesen ein elektrisch leitender Klebstoff eingefüllt ist. Darüber hinaus offenbart die japanische Offenlegungsschrift JP 2001-244514 A einen Aufbau für einen piezoelektrischen Schichtaktor, in dem in dem elektrisch leitenden Klebstoff, der sich auf den Seitenflächen des Aktorkörpers (Keramikschichtkörper) befindet, eine dünne Metallplatte oder ein Metallgitter eingebettet ist. Laut dieser Druckschrift kann die in dem elektrisch leitenden Klebstoff erzeugte Spannung abgeschwächt werden, wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird.

Als elektrisch leitender Klebstoff wird jedoch gewöhnlich ein Klebstoff verwendet, der in einem Harzmaterial, das ein Hauptbestandteil ist, einen elektrisch leitenden Füllstoff enthält. Daher unterscheiden sich die Eigenschaften (z.B. die spezifische Dichte, die Wärmeausdehnung usw.) zwischen dem elektrisch leitenden Klebstoff, der als Hauptbestandteil ein Harzmaterial verwendet, und der dünnen Metallplatte, dem Metallgitter oder dem obigen plattenförmigen elektrisch leitenden Element, das ein Metallmaterial umfasst, stark. Wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird, tritt zwischen jedem dieser beiden sich in Kontakt befindlichen Elemente eine Spannung auf und kommt es in dem elektrisch leitenden Klebstoff zu Rissen.

Bei dem herkömmlichen Aufbau hat also die Wirkung, die Spannung abzuschwächen, zu der es in dem elektrisch leitenden Klebstoff kommt, wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird, und das Auftreten von Rissen zu unterdrücken, nicht ausgereicht.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung erfolgte angesichts der obigen Probleme beim Stand der Technik und sorgt für ein piezoelektrisches Schichtelement, das sich durch eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit auszeichnet, und ein Herstellungsverfahren dafür.

Eine erste Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Schichtelement, das einen Keramikschichtkörper hat, der durch abwechselndes Aufschichten von piezoelektrischen Schichten, die aus einem piezoelektrischen Material bestehen, und Innenelektrodenschichten, die elektrische Leitfähigkeit haben, erzielt wurde und Außenelektroden hat, die über einen elektrisch leitenden Klebstoff mit den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers verbunden sind, wobei in dem elektrisch leitenden Klebstoff zumindest Teile von Gitterkörpern eingebettet sind, die erzielt wurden, indem unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials ein Gitter gebildet wurde.

In dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Schichtelement sind in dem elektrisch leitenden Klebstoff zumindest Teile der Gitterkörper eingebettet, die erzielt wurden, indem ein nichtmetallisches Material in die Form eines Gitters gebracht wurde. Wenn das Element angetrieben wird, d.h. wenn sich der Keramikschichtkörper aufgrund der piezoelektrischen Verschiebung in der Aufschichtungsrichtung ausdehnt und zusammenzieht, kann daher die Spannung, die in dem auf den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers befindlichen elektrisch leitenden Klebstoff erzeugt wird, durch die in dem elektrisch leitenden Klebstoff eingebetteten gitterförmigen Gitterkörper verteilt und abgeschwächt werden.

Die obigen Gitterkörper werden unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials gebildet. Der elektrisch leitende Klebstoff, in dem die Gitterkörper eingebettet werden, ist gewöhnlich ein Klebstoff, der in einem Harzmaterial, das ein Hauptbestandteil ist, einen elektrisch leitenden Füllstoff enthält. Im Gegensatz zu dem Fall, dass die Gitterkörper unter Verwendung eines metallischen Materials gebildet werden, folgen die unter Verwendung des nichtmetallischen Materials erzielten Gitterkörper daher, wenn sie angetrieben werden, dem elektrisch leitenden Klebstoff und können die Spannung wirksam abschwächen.

Dadurch kann die Spannung auch dann, wenn das Element wiederholt angetrieben wird, um ein ausreichendes Maß abgeschwächt werden, was das spannungsbedingte Auftreten von Rissen in dem elektrisch leitenden Klebstoff unterdrückt. Außerdem kann das Leitvermögen zwischen den Innenelektrodenschichten und den Außenelektroden, die über den elektrisch leitenden Klebstoff elektrisch verbunden sind, für längere Zeit aufrechterhalten werden, was das Auftreten von Problemen wie einem schlechten Leitvermögen vermindert. Daher zeigt das piezoelektrische Schichtelement auch dann, wenn es für längere Zeit eingesetzt wird, eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.

Wie oben beschrieben wurde, sorgt die Erfindung für ein piezoelektrisches Schichtelement, das sich durch eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit auszeichnet.

Eine zweite Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements, das einen Keramikschichtkörper hat, der durch abwechselndes Aufschichten von piezoelektrischen Schichten, die aus einem piezoelektrischem Material bestehen, und Innenelektrodenschichten, die elektrisch Leitfähigkeit haben, erzielt wird und Außenelektroden hat, die über einen elektrisch leitenden Klebstoff mit den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers verbunden werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
einen Schichtkörperbildungsschritt, in dem durch abwechselndes Aufschichten der piezoelektrischen Schichten und der Innenelektrodenschichten der Keramikschichtkörper gebildet wird;
einen Klebstoffaufbringungsschritt, in dem auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers der elektrisch leitende Klebstoff aufgebracht wird;
einen Gitterkörperanordnungsschritt, in dem in dem elektrisch leitenden Klebstoff zumindest Teile von Gitterkörpern eingebettet werden, die erzielt wurden, indem unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials ein Gitter gebildet wurde; und
einen Außenelektrodenverbindungsschritt, in dem mit dem elektrisch leitenden Klebstoff die Außenelektroden verbunden werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements werden im Gitterkörperanordnungsschritt in dem elektrisch leitenden Klebstoff, der auf den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers aufgebracht ist, zumindest Teile der Gitterkörper eingebettet, die erzielt wurden, indem unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials ein Gitter gebildet wurde. Auf diese Weise kann auf den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers ein elektrisch leitender Klebstoff vorgesehen werden, in dem die Gitterkörper eingebettet sind. Wenn das auf diese Weise gebildete piezoelektrische Schichtelement angetrieben wird, kann die Spannung, die in dem auf den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers befindlichen elektrisch leitenden Klebstoff erzeugt wird, durch die in dem elektrisch leitenden Klebstoff eingebetteten gitterförmigen Gitterkörper verteilt und abgeschwächt werden.

Die obigen Gitterkörper werden unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials gebildet und folgen, wenn sie angetrieben werden, im Gegensatz zu Gitterkörpern, die unter Verwendung eines metallischen Materials gebildet werden, günstiger Weise dem elektrisch leitenden Klebstoff und könne daher die Spannung wirksam abschwächen.

Daher kann die Spannung selbst dann, wenn das Element wiederholt angetrieben wird, um ein ausreichendes Maß abgeschwächt werden, was das spannungsbedingte Auftreten von Rissen in dem elektrisch leitenden Klebstoff unterdrückt. Außerdem kann das Leitvermögen zwischen den elektrisch über den elektrisch leitenden Klebstoff verbundenen Innenelektrodenschichten und Außenelektroden für längere Zeit aufrechterhalten werden, was das Auftreten von Problemen wie einem schlechten Leitvermögen vermindert. Daher zeigt das durch das obige Herstellungsverfahren erzielte piezoelektrische Schichtelement auch dann, wenn es für längere Zeit eingesetzt wird, eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.

Wie oben beschrieben wurde, sorgt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für ein piezoelektrisches Schichtelement, das sich durch eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit auszeichnet.

Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Schichtelements gemäß Beispiel 1 darstellt.
2 ist eine Ansicht, die den Gesamtaufbau eines Keramikschichtkörpers gemäß Beispiel 1 darstellt.
3 ist eine Ansicht, die einen Schritt darstellt, in dem gemäß Beispiel 1 eine Grünlage bedruckt wird.
4 ist eine Ansicht, die Lagenstücke gemäß Beispiel 1 zeigt.
5 zeigt einen Schritt, in dem gemäß Beispiel 1 ein Zwischenkörper gebildet wird.
6 zeigt eine Ansicht, die einen Aufbringungsschritt auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers gemäß Beispiel 1 darstellt.
7 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem gemäß Beispiel 1 ein elektrisch leitender Klebstoff, ein Gitterkörper und eine Außenelektrode auf der Seitenfläche der Keramikschichtkörpers angeordnet sind.
8a ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Gitters des Gitterkörpers gemäß Beispiel 1 darstellt.
8b ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Gitters des Gitterkörpers gemäß Beispiel 1 darstellt.
8c ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Gitters des Gitterkörpers gemäß Beispiel 1 darstellt.
8d ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Gitters des Gitterkörpers gemäß Beispiel 1 darstellt.
9 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Einspritzdüse gemäß Beispiel 2 darstellt.
Ausführliche Beschreibung
Bei der obigen ersten Erfindung und zweiten Erfindung entspricht der elektrisch leitende Klebstoff einem Klebstoff, der erhalten wird, indem in einem Harzmaterial, das ein Hauptbestandteil ist, ein elektrisch leitender Füllstoff verteilt oder dispergiert wird. Als Harzmaterial können verschiedene Harze wie Epoxid, Silikon, Urethan und Polyimid verwendet werden. Als elektrisch leitender Füllstoff kann ein Metallfüllstoff wie Ag, Pt, Cu und Ni verwendet werden.
Es ist vorzuziehen, dass die Gitterkörper in dem elektrisch leitenden Klebstoff als Ganzes eingebettet werden.
In diesem Fall zeigen die Gitterkörper die Wirkung, die Spannung in einem ausreichenden Maß abzuschwächen und unterdrücken auch das Auftreten von Rissen in dem elektrisch leitenden Klebstoff. Dies verbessert die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des piezoelektrischen Schichtelements. Das Gitter der Gitterkörper kann gebildet werden, indem in einer vorbestimmten Richtung eine Vielzahl von Drahtelementen aus einem nichtmetallischen Material gewirkt oder gestrickt (engl.: knitting) oder gewickelt (engl.: winding) werden. Der Durchmesser der Drahtelemente beträgt in diesem Fall vorzugsweise 150 bis 400 μm, und die Teilung oder das Abstandsmaß (engl.: pitch) des Gitters liegt in einem Bereich von 300 bis 1000 μm.
Die Gitterkörper können, indem eine Vielzahl von Drahtelementen verwendet wird, wie ein Gitter geformt werden oder einstückig zu einem Körper geformt werden.
Wenn der Durchmesser des Drahtselements weniger als 150 μm beträgt, kann die Festigkeit der Gitterkörper abnehmen. Wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird, können in den Gitterkörpern daher Risse auftreten. Wenn der Durchmesser mehr als 400 μm beträgt, zeigen die Gitterkörper dagegen eine geringere Flexibilität und können daher nicht in einem ausreichenden Maß die Wirkung zeigen, Spannung abzuschwächen.
Wenn darüber hinaus die Teilung des Gitters weniger als 300 μm beträgt, kann der elektrisch leitende Klebstoff nicht in einem ausreichenden Maß in das Gitter der Gitterkörper eindringen. Daher kann die in dem elektrisch leitenden Klebstoff auftretende Spannung nicht in einem ausreichenden Maß durch die Gitterkörper abgeschwächt werden. Wenn seine Teilung mehr als 1000 μm beträgt, nehmen dagegen die Kontaktabschnitte zwischen den Gitterkörpern und dem elektrisch leitenden Klebstoff ab.
Daher können es die Gitterkörper, wenn sie angetrieben werden, nicht schaffen, dem elektrisch leitenden Klebstoff zu folgen. Dies kann in dem elektrisch leitenden Klebstoff zu einem Auftreten von Rissen führen.
Es ist vorzuziehen, dass die Gitterkörper unter Verwendung entweder eines Harzes, einer Keramik, von Kohlenstoff oder Glas gebildet werden.
In diesem Fall folgen die Gitterkörper dem elektrisch leitenden Klebstoff ausreichend, wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird.
Als Material zum Bilden der Gitterkörper kann ein Harz wie Polyphenylensulfid, Polyimid, Polyester oder Meta-Aramid, eine Keramik wie Aluminiumoxid, Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid oder ein Glas wie ein alkalifreies Glas verwendet werden. Daneben kann Kohlenstoff verwendet werden.
Der Gitterkörper wird vorzugsweise gebildet, indem eine Faser aus einem nichtmetallischen Material gewirkt oder gestrickt wird.
In diesem Fall werden die Gitterkörper unter Verwendung einer Faser gebildet, so dass sich das Gewicht der Gitterkörper verringert. Dadurch können die Gitterkörper, wenn sie angetrieben werden, dem elektrisch leitenden Klebstoff wirksam folgen.
Für die den Gitterkörper bildende Faser kann eine Harzfaser, eine Keramikfaser, eine Kohlenstofffaser oder eine Glasfaser verwendet werden. Die die Gitterkörper bildende Faser ist vorzugsweise ein Faseraggregat, das durch Bündeln feiner Fasern erzielt wurde. Dadurch können die Gitterkörper dem elektrisch leitenden Klebstoff wirksam zu folgen, wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird. Des Weiteren liegt der Durchmesser von Einzelfäden der Faser, die den Gitterkörper bildet, vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 20 μm. Wenn der Durchmesser der Einzelfäden weniger als 3 μm beträgt, ist es schwierig, aus Einzelfäden eine Faser gewünschten Durchmessers herzustellen. Wenn ihr Durchmesser mehr als 20 μm beträgt, zeigt das Faseraggregat dagegen eine geringe Flexibilität und kann nicht in einem ausreichendem Maß die Wirkung zeigen, die Spannung durch die Gitterkörper abzuschwächen.
Darüber hinaus werden die Oberflächen der Gitterkörper vorzugsweise mit einem elektrisch leitenden Material überzogen.
In diesem Fall haben die Gitterkörper elektrische Leitfähigkeit. Wenn die Außenelektroden mit dem elektrisch leitenden Klebstoff verbunden werden, kann das elektrische Leitvermögen zwischen den Innenelektrodeschichten und den Außenelektroden daher über den elektrisch leitenden Klebstoff und die Gitterkörper mit der elektrischen Leitfähigkeit aufrechterhalten werden, was das elektrische Leitvermögen verbessert. Darüber hinaus kann das elektrische Leitvermögen, wenn die Außenelektroden direkt mit den Gitterkörpern verbunden werden, noch zuverlässiger aufrechterhalten werden.
Das elektrisch leitende Material enthält in diesem Zusammenhang vorzugsweise mindestens eines der Elemente aus Pt, Pd, Ta, Au, Ag, Cu, Ni, Zn und Sn.
In diesem Fall kann das elektrische Leitvermögen in den Innenelektrodenschichten und den Außenelektroden in einem ausreichenden Maß aufrechterhalten werden.
Bei der ersten Erfindung ist das piezoelektrische Schichtelement vorzugsweise ein piezoelektrischer Aktor für eine Einspritzdüse, der als Antriebsquelle der Einspritzdüse verwendet wird.
Die Einspritzdüse wird unter harten Bedingungen wie einer Hochtemperaturatmosphäre verwendet. Wenn das obige hervorragende piezoelektrische Schichtelement als Aktor verwendet wird, können daher die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit verbessert werden und kann die Leistungsfähigkeit der Einspritzdüse als Ganzes verbessert werden.
Beispiele
Beispiel 1
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 8d wird nun ein piezoelektrisches Schichtelement gemäß einem erfindungsgemäßen Beispiel und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben.
Das piezoelektrische Schichtelement 1 dieses Beispiels hat, wie in 1 gezeigt ist, einen Keramikschichtkörper 10, der durch abwechselndes Aufschichten von piezoelektrischen Schichten 11, die aus einem piezoelektrischen Material bestehen, und Innenelektrodenschichten 20, die elektrische Leitfähigkeit haben, erzielt wurde und Außenelektroden 34 hat, die über einen elektrisch leitenden Klebstoff 33 mit den Seitenflächen 101 und 102 des Keramikschichtkörpers 10 verbunden sind.
In dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 sind Gitterkörper 4 eingebettet, die erzielt wurden, indem unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials ein Gitter gebildet wurde.
Dieses Beispiel wird nun ausführlich beschrieben.
In dem piezoelektrischen Schichtelement dieses Beispiels hat der Keramikschichtkörper 10, wie in 2 gezeigt ist, im Querschnitt die Form einer Tonne mit zwei entgegengesetzten Seitenflächen 101 und 102 auf der Außenumfangsfläche des Schichtkörpers, die in etwa zylinderförmig ist. Allerdings ist die Querschnittsform des Keramikschichtkörpers 10 nicht wie in diesem Beispiel auf eine Tonnenform beschränkt, sondern kann abhängig von der Verwendung auch eine Kreisform, eine Viereckform oder eine Achteckform haben.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, wurde der Keramikschichtkörper 10 durch abwechselndes Aufschichten der piezoelektrischen Schichten 11 und der Innenelektrodenschichten 20 erzielt.
Die beschichteten Innenelektrodenschichten 20 haben abwechselnd auf den beiden Seitenflächen 101 und 102 freiliegende Enden. Darüber hinaus haben die Innenelektrodenschichten 20 Enden, die an Nichtpolabschnitten 19 zur Innenseite des Keramikschichtkörpers 10 zurückgezogen sind. Mit anderen Worten hat der Keramikschichtkörper 10 dieses Beispiels einen so genannten nicht polaren Aufbau. Darüber hinaus befinden sich in der Aufschichtungsrichtung an den beiden Enden des Keramikschichtkörpers 10 Schutzschichten 12, die keine piezoelektrische Verschiebung erzeugen.
Die piezoelektrische Schichten 11 bestehen aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), das ein piezoelektrisches Material ist, wobei die Schutzschichten 12 aus dem gleichen Material wie die piezoelektrischen Schichten 11 bestehen. Die Innenelektrodenschichten 20 bestehen aus einer Ag-Pd-Legierung.
Für den Aufbau des Keramikschichtkörpers 10 können neben dem Teilelektrodenaufbau dieses Beispiels auch ein Ganzflächenelektrodenaufbau sowie verschiedene andere Aufbauweisen eingesetzt werden.
Wie in 1 gezeigt ist, ist des Weiteren auf den Seitenflächen 101 und 102 des Keramikschichtkörpers 10 der elektrisch leitende Klebstoff 33 angeordnet. Die Gitterkörper 4, die mittels eines nichtmetallischen Materials ein Gitter bilden, sind vollständig in dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 eingebettet. Die Gitterkörper 4 können wie in diesem Beispiel vollständig in dem elektrisch leitenden Klebstoff eingebettet sein oder sie können teilweise darin eingebettet sein.
Wie sich aus 8a ergibt, werden die Gitterkörper 4 dieses Beispiels gebildet, indem unter Verwendung von Drahtelementen 41 aus einem nichtmetallischen Material ein Gitter gewirkt oder gestrickt wird. Die Gitterkörper 4 haben ein rautenförmiges Gitter, das durch seitwärtiges Wirken oder Stricken der Drahtelemente 41 erzielt wird. Das Gitter hat eine Teilung oder ein Abstandsmaß P von 400 μm.
Die Drahtelemente 41 stellen ein Faseraggregat dar, das durch Bündeln einer Vielzahl von feinen Einzelfäden aus Aluminiumoxidfaser erzielt wurde. Das Faseraggregat ist ein Aggregat gebündelter Faser, das mit einem Harz überzogen ist. Die Aluminiumoxidfaser hat eine spezifische Dichte von 3,6 g/cm², wobei ein Einzelfaden der Faser einen Durchmesser von 8 μm hat. Die Drahtelemente 41 haben einen Durchmesser von 200 μm.
Darüber hinaus ist die gesamte Oberfläche der Gitterkörper 4 (Drahtelemente 41) mit Ag überzogen, das ein elektrisch leitendes Material ist. Daher haben die Gitterkörper 4 von sich aus elektrische Leitfähigkeit.
Wie sich aus 1 ergibt, sind darüber hinaus mit den Enden 401 auf einer Seite der Gitterkörper 4, die in dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 eingebettet sind, Leitungsdrähte verbunden, die den Außenelektroden 34 entsprechen. Die Außenelektroden 34 sind so verbunden, dass sich die Enden 341 auf einer Seite der Außenelektrode 34 mit den Enden 401 der Gitterkörper 4 in Kontakt befinden. Zwar ist dies nicht gezeigt, doch ist die Außenumfangsfläche des Keramikschichtkörpers 10 mit einem Formmaterial aus Silikonharz, das ein isolierendes Harz ist, umformt, das den gesamten Körper bedeckt.
Darüber hinaus sind, wie aus 1 hervorgeht, die Innenelektrodenschichten 20 und die Außenelektroden 34 in dem auf diese Weise aufgebauten piezoelektrischen Schichtelement 1 über den elektrisch leitenden Klebstoff 33 und die Gitterkörper 4 elektrisch verbunden.
Um das elektrische Leitvermögen zwischen dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 und den auf den Seitenflächen 101 und 102 des Keramikschichtkörpers 10 freiliegenden Innenelektrodenschichten 20 zu verbessern, können zwischen diesen beiden, d.h. auf den Seitenflächen 101 und 102, Seitenelektroden gebildet werden. In diesem Fall werden die Seitenelektroden, die in Form dünner, elektrisch leitender Filme vorliegen, so ausgebildet, dass sie die an den Seitenflächen 101 und 102 freiliegenden Innenelektrodenschichten 20 bedecken. Außerdem ist es vorzuziehen, dass die Seitenelektroden aus dem gleichen Material wie die Innenelektrodenschichten 20 bestehen.
Als nächstes wird nun ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Schichtelements 1 beschreiben.
Das piezoelektrische Schichtelement 1 dieses Beispiels wird hergestellt, indem ein Schichtkörperbildungsschritt, ein Klebstoffaufbringungsschritt, ein Gitterkörperanordnungsschritt und ein Außenelektrodenverbindungsschritt durchgeführt werden.
Der Schichtkörperbildungsschritt ist ein Schritt, in dem durch abwechselndes Aufschichten der piezoelektrischen Schichten 11 und der Innenelektrodenschichten 20 der Keramikschichtkörper 10 gebildet wird. Der Klebstoffaufbringungsschritt ist ein Schritt, in dem auf die Seitenflächen 101 und 102 des Keramikschichtkörpers 10 der elektrisch leitende Klebstoff 33 aufgebracht wird.
Der Gitterkörperanordnungsschritt ist ein Schritt, in dem in den elektrisch leitenden Klebstoff 33 die Gitterkörper 4 eingebettet werden, die erzielt wurden, indem unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials ein Gitter gebildet wurde.
Der Außenelektrodenverbindungsschritt ist ein Schritt, in dem mit dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 die Außenelektroden 34 verbunden werden.
Dieses Verfahren wird nun ausführlich beschrieben.
– Schichtkörperbildungsschritt –
Als erstes wird eine Grünlage angefertigt, die als die piezoelektrische Schicht 11 dient.
Es wird ein Keramikausgangspulver bereitgestellt, das ein piezoelektrisches Material ist, und bei 800 bis 950°C vorkalziniert. Zu dem vorkalzinierten Pulver werden reines Wasser und ein Dispergiermittel zugegeben, um daraus eine Schlämme zu erzielen, die dann unter Verwendung einer Perlmühle nass gemahlen wird. Das gemahlene Material wird getrocknet und entfettet, wobei ihm dann ein Lösungsmittel, ein Bindemittel, ein Weichmacher und ein Dispergiermittel zugegeben werden, um daraus eine Schlämme zu erzielen, die da dann unter Verwendung einer Kugelmühle vermischt wird. Die Schlämme wird im Vakuum entschäumt und es wird, während sie durch einen Rührer in einer Vakuumvorrichtung gerührt wird, ihre Viskosität eingestellt.
Wie sich aus 3 ergibt, wird die Schlämme durch ein Rakelverfahren auf einen Trägerfilm 119 aufgebracht, wobei eine Grünlage 110 vorbestimmter Dicke gebildet wird. 1 zeigt nur einen Teilabschnitt der länglichen Grünlage 110.
Als Keramikausgangsmaterial, das zum piezoelektrischen Material wird, wird in diesem Beispiel Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) verwendet. Die Grünlage 110 kann neben dem in diesem Beispiel verwendeten Rakelverfahren auch durch ein Strangpressverfahren oder durch verschiedene andere Verfahren gebildet werden.
Wie in 3 gezeigt ist, werden auf die Stanzbereiche 50 der ausgebildeten Grünlage 110 durch Siebdruck Elektrodenmaterialien 200 aufgebracht, die zu den Innenelektrodenschichten 20 werden. Auf die Abschnitte, die nicht mit den Elektrodenmaterialien 200 bedruckt wurden, werden durch Siebdruck mit der gleichen Dicke wie die Elektrodenmaterialien 200 Abstandsbeschichten 111 aufgebracht, damit die Höhe zwischen den Abschnitten, in denen die Elektrodenmaterialien 200 aufgedruckt wurden, und den anderen Abschnitten ungefähr gleich ist. Des Weiteren werden auf die Elektrodenmaterialien 200 und die Abstandschichten 111 durch Siebdruck Klebeschichten 112 aufgebracht, um die Haftungswirkung zum Zeitpunkt des Aufschichtens der Grünlage 110 zu steigern.
Die hier angesprochenen Stanzbereiche 50 entsprechen den Bereichen, in denen die Grünlage 110 in einem nachfolgenden Schritt gestanzt wird. Darüber hinaus haben die Stanzbereiche 50 in diesem Beispiel die Form einer Tonne, sie können aber auch abhängig von der Form des angefertigten Keramikschichtkörpers 10 in verschiedene andere Formen wie eine Kreisform, eine Viereckform, eine Achteckform oder eine ähnliche Form abgeändert werden.
Um die Grünlagen 110 unter Verwendung einer Stanz/Aufschicht-Vorrichtung, die später beschrieben wird, effektiv stanzen und aufschichten zu können, werden die an den Seitenflächen freiliegenden Elektrodenmaterialien 200 in diesem Beispiel außerdem so aufgedruckt, dass die Richtung ihrer Endabschnitte 201 abwechselnd in Längsrichtung der länglichen Grünlage 110 umgedreht ist (siehe 3).
Als Elektrodenmaterial 200 wird eine Paste aus einer Ag/Pd-Legierung verwendet. Es kann auch ein einzelnes Metall wie Ag, Pd, Cu, Ni oder eine Legierung wie Cu/Ni usw. verwendet werden.
Für die Abstandsschichten 111 und die Klebeschichten 112 wird eine Paste aus dem gleichen Material wie die Grünlage 110 verwendet.
Als nächstes wird unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Stanz/Aufschicht-Vorrichtung, die so aufgebaut ist, dass sie die Grünlage 110 gleichzeitig stanzt und aufschichtet, parallel das Ausstanzen und Aufschichten der Grünlage 110 ausgeführt. Auf die obige Stanz/Aufschicht-Vorrichtung wird zunächst die aufgedruckte Grünlage 110 zusammen mit dem Trägerfilm 119 gesetzt, wobei dann die Stanzbereiche 50 der Grünlage 110 ausgestanzt werden, um Lagenstücke 51 zu erzielen, wie sie in 4 gezeigt sind.
Als Stanz-Schichtvorrichtung kann eine Vorrichtung verwendet werden, die eine Stanzeinrichtung mit einer Thomson-Klinge zum Stanzen der Grünlage 110 und eine Schichtkörperhalteeinrichtung zum Bilden eines Schichtkörpers durch Aufschichten der gestanzten Grünlagen 110 (Lagenstücke 51) und zum Halten des Schichtkörpers hat.
Wie sich als nächstes aus 5 ergibt, werden die erzielten Lagenstücke 51 so aufgeschichtet, dass die an den Seitenflächen freiliegenden Endabschnitte 201 der Elektrodenmaterialien 200 in abwechselnden Richtungen platziert sind. Auf den beiden Enden der Lagenstücke 51 werden in der Aufschichtungsrichtung Schutzschichtbildungslagen 120 zum Bilden von Schutzschichten 12 aufgeschichtet, in denen keine piezoelektrische Verschiebung stattfindet. Die Schutzschichtbildungslagen 120 bestehen aus dem gleichen Material wie die Grünlage 110. Auf diese Weise wird ein Zwischenschichtkörper 100 erzielt.
Als nächstes wird der Zwischenschichtkörper 100 entfettet. Die Heizbedingung besteht aus einem 80stündigen allmählichen Aufheizen auf 500°C und einem 5stündigen Halten dieser Temperatur. Auf diese Weise werden organische Bestandteile wie das Bindemittel und dergleichen entfernt, die in dem Zwischenschichtkörper 100 enthalten sind. Nach dem Entfetten wird der Zwischenschichtkörper 100 2 Stunden lang bei der höchsten Temperatur von 1065°C gebrannt. Auf diese Weise wird ein Keramikschichtkörper 10 erzielt, wie er in 2 gezeigt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, wurde der Keramikschichtkörper 10 durch abwechselndes Aufschichten der von den Grünlagen 110 gebildeten piezoelektrischen Schichten 11 und der von den Elektrodenmaterialien 200 gebildeten Innenelektrodenschichten 20 erzielt. Die Klebeschichten 112 dienen als Teil der piezoelektrischen Schichten 11 und die Abstandsschichten 111 als Nichtpolabschnitte 19, in denen die Enden der Innenelektrodenschichten 20 nach innen zurückgesetzt sind. Darüber hinaus werden in der Aufschichtungsrichtung mittels der Schutzschichtbildungslagen 120 an den beiden Enden des Keramikschichtkörpers 10 die Schutzschichten 12 gebildet.
– Klebstoffaufbringungsschritt –
Wie sich als nächstes aus 6 ergibt, wird auf die Seitenfläche 101 des Keramikschichtkörpers 10 der elektrisch leitende Klebstoff 33 aufgebracht. Für den elektrisch leitenden Klebstoff 33 dieses Beispiels wird ein Klebstoff verwendet, der erzielt wird, indem in einem Epoxidharz, der das Harzmaterial ist, als elektrisch leitender Füllstoff ein Metallfüllstoff aus Ag verteilt oder dispergiert wird.
– Gitterkörperanordnungsschritt –
Als nächstes wird der Gitterkörper 4, der durch gitterförmiges Wirken oder Stricken von Drahtelementen 41 aus einem nichtmetallischen Material gebildet wurde, in dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 eingebettet. Wie zuvor beschrieben wurde, umfasst das Drahtelement 41 ein Faseraggregat, das durch Bündeln feiner Einzelfäden aus Aluminiumfaser, die eine Keramikfaser ist, erzielt wurde. In dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 werden die gesamten Gitterkörper 4 eingebettet (siehe 1).
– Außenelektrodenverbindungsschritt –
Als nächstes werden die Enden 341 der Außenelektrode 34 so angeordnet, dass sie sich in dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 einbetten lassen. Dabei befinden sich die Enden 401 der in dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 eingebetteten Gitterkörper 4 mit den Enden 341 der Außenelektroden 34 in Kontakt (siehe 1).
Als nächstes wird auf die Abschnitte, in denen die Enden 341 der Außenelektroden 34 angeordnet sind, der elektrisch leitende Klebstoff 33 aufgebracht, um diese Abschnitte zu überziehen, damit die Verbindungsfestigkeit der Außenelektroden 34 gestärkt wird (siehe 1). Dann wird der elektrisch leitende Klebstoff 33 erhitzt und ausgehärtet, um die Außenelektroden 34 zu verbinden.
6 zeigt schematisch den Schritt, in dem der elektrisch leitende Klebstoff 33 und der Gitterkörper 4 auf der Seitenfläche 101 des Keramikschichtkörpers 10 angeordnet werden, um die Außenelektrode 34 zu verbinden.
Als nächstes wird der gleiche Schritt wie oben, der für die Seitenfläche 101 ausgeführt wurde, für die Seitenfläche 102 des Keramikschichtkörpers 10 vorgenommen. Dadurch werden, wie in 7 gezeigt ist, der elektrisch leitende Klebstoff 33 und die Gitterkörper 4 auf den Seitenflächen 101 und 102 des Keramikschichtkörpers 10 angeordnet, so dass sie die Außenelektroden 34 verbinden.
Zwar ist dies nicht gezeigt, doch wird zum Abschluss die gesamte Umfangsseitenfläche des Keramikschichtkörpers 10 mit einem Formmaterial umformt. Auf diese Weise wird das in 1 gezeigte piezoelektrische Schichtelement 1 fertig gestellt.
Als nächstes werden nun die Funktionsweise und Wirkung des piezoelektrischen Schichtelements 1 beschrieben.
In dem piezoelektrischen Schichtelement 1 dieses Beispiels sind in den elektrisch leitenden Klebstoffen 33 die Gitterkörper 4 eingebettet, die mittels eines nichtmetallischen Materials ein Gitter bilden. Wenn das Element angetrieben wird, d.h. wenn sich der Keramikschichtkörper 10 aufgrund der piezoelektrischen Verschiebung in der Aufschichtungsrichtung ausdehnt und zusammenzieht, kann daher die Spannung, die in den auf den Seitenflächen 101 und 102 des Keramikschichtkörpers 10 befindlichen elektrisch leitenden Klebstoffen 33 erzeugt wird, durch die in den elektrisch leitenden Klebstoffen 33 eingebetteten gitterförmigen Gitterkörper 4 verteilt und abgeschwächt werden.
Die Gitterkörper 4 werden unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials gebildet. Der elektrisch leitende Klebstoff 33, in den die Gitterkörper 4 eingebettet werden, wird erzielt, indem in dem Harzmaterial, das der Hauptbestandteil ist, der elektrisch leitende Füllstoff aufgenommen wird. Wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird, folgen die aus einem Nichtmetall bestehenden Gitterkörper daher im Gegensatz zu dem Fall, dass die Gitterkörper unter Verwendung eines metallischen Materials gebildet werden, dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 in einem hohen Maße und schwächen die Spannung noch wirksamer ab.
Die Spannung kann daher selbst dann, wenn das Element wiederholt angetrieben wird, in ausreichendem Maße abgeschwächt werden, um so das spannungsbedingte Auftreten von Rissen in dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 zu unterdrücken. Darüber hinaus kann das Leitvermögen zwischen den Innenelektrodenschichten 20 und den Außenelektroden 34, die elektrisch über den elektrisch leitenden Klebstoff 33 verbunden sind, für längere Zeit aufrechterhalten werden, was das Auftreten von Problemen wie ein schlechtes Leitvermögen vermindert. Daher zeigt das piezoelektrische Schichtelement 1 auch, nachdem es für längere Zeit eingesetzt wurde, eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.
In diesem Beispiel werden die Gitterkörper 4 zudem als Ganzes in dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 eingebettet. Daher zeigen die Gitterkörper 4 in einem ausreichendem Maße die Wirkung, Spannung abzuschwächen, und unterdrücken auch das Auftreten von Rissen in dem elektrisch leitenden Klebstoff 33, was die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des piezoelektrischen Schichtelements 1 verbessert.
Die Gitterkörper 4 werden unter Verwendung einer Aluminiumoxidfaser gebildet, die ein Nichtmetall ist. Wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird, folgen die Gitterkörper 4 daher günstiger Weise dem elektrisch leitendem Klebstoff 33.
Darüber hinaus werden die Gitterkörper gebildet, indem die aus einem Faseraggregat bestehenden Drahtelemente 41, die durch Bündeln von feinen Fäden aus Aluminiumoxidfaser erzielt wurden, wie ein Gitter gewirkt oder gestrickt werden. Werden Fasern verwendet, um die Gitterkörper 4 zu bilden, kann ihr Gewicht verringert werden. Daher folgen die Gitterkörper 4, während das piezoelektrische Element angetrieben wird, günstiger Weise dem elektrisch leitenden Klebstoff 33. Darüber hinaus zeigen die aus einem Faseraggregat bestehenden Gitterkörper 4 eine bessere Wirkung beim Abschwächen von Spannungen.
Die die Gitterkörper 4 bildenden Drahtelemente 41 haben einen Durchmesser von 200 μm, wobei das Gitter der Gitterelemente 4 eine Teilung P von 400 μm hat. Dies gewährleistet eine ausreichende Festigkeit der Gitterkörper 4 selbst. Außerdem folgen die Gitterkörper 4, wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird, günstiger Weise dem elektrisch leitenden Klebstoff 33.
Die Oberflächen der Gitterkörper 4 sind mit Ag überzogen, das ein elektrisch leitendes Material ist. Daher zeigen die Gitterkörper 4 elektrische Leitfähigkeit. Mit anderen Worten wird das elektrische Leitvermögen zwischen den Innenelektrodenschichten 20 und den Außenelektroden 34 über den elektrisch leitenden Klebstoff 33 und die Gitterkörper 4 aufrechterhalten. Das elektrische Leitvermögen ist zuverlässiger, wenn die Außenelektroden 34 wie in diesem Beispiel direkt mit den Gitterkörpern 4 verbunden werden, und kann auch dann ausreichend gewährleistet werden, wenn die Außenelektroden 34 mit dem elektrisch leitenden Klebstoff 33 verbunden werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Beispiel wird ein piezoelektrisches Schichtelement mit hervorragender Haltbarkeit und Zuverlässigkeit und ein Herstellungsverfahren dafür zur Verfügung gestellt.
In diesem Beispiel wurde als Material zum Bilden der Gitterkörper 4 Aluminiumoxid verwendet. Allerdings ist es auch möglich, ein Harz wie Polyphenylensulfid, Polyimid, Polyester oder Meta-Aramid, eine Keramik wie Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid oder ein Glas wie ein alkalifreies Glas zu verwenden. Daneben kann Kohlenstoff verwendet werden.
Als Material zum Bilden der Gitterkörper 4 wurde ein Faseraggregat verwendet, das durch Bündeln von Fasern erzielt wurde. Allerdings können auch andere Formen verwendet werden. Das Gitter des Gitterelements 4 kann eine Rautenform haben, die durch seitwärtiges Wirken oder Stricken der Gitterelemente 41 erzielt wurde, wie in 8a gezeigt ist, oder es kann eine Viereckform haben, die durch vertikal und quer verlaufendes Wirken oder Stricken der Drahtelemente erzielt wird, wie in 8b gezeigt ist. Darüber hinaus können verschiedene Gitterformen wie eine Kreisform, eine Dreieckform, eine Sechsecksform usw. eingesetzt werden.
Darüber hinaus kann der Gitterkörper 4 dadurch erzielt werden, dass die Gitterelemente 41 zu einer Zylinderform gewirkt oder gestrickt werden, die dann wie in 8c gezeigt abgeflacht wird, oder dass die Gitterelemente 41 wie in 8d gezeigt wie ein rundes Schleppnetz gewickelt werden.
Der Gitterkörper 4 kann dadurch erzielt werden, dass wie in diesem Beispiel eine Vielzahl von Drahtelementen 41 wie ein Gitter gewirkt oder gestrickt wird, oder er kann einstückig wie ein Gitter geformt sein.
Beispiel 2
In diesem Beispiel wird das piezoelektrische Schichtelement 1 von Beispiel 1 als ein piezoelektrischer Aktor für eine Einspritzdüse verwendet.
Die Einspritzdüse 6 dieses Beispiels findet wie in 9 gezeigt bei einem Common-Rail-Einspritzsystem eines Dieselmotors Anwendung.
Wie in 9 gezeigt ist, hat die Einspritzdüse 6 ein oberes Gehäuse 62, das das piezoelektrische Schichtelement 1 als Antriebsteil aufnimmt, und ein mit seinem unteren Ende verbundenes unteres Gehäuse 63, in dem ein Einspritzdüsenabschnitt 64 ausgebildet ist.
Das obere Gehäuse 62 ist ungefähr zylinderförmig, wobei das piezoelektrische Schichtelement 1 in einem von der Mittelachse abweichenden Längsloch 621 eingeführt und befestigt ist.
An der Seite des Längsloches 621 ist parallel eine Hochdruckkraftstoffleitung 622 vorgesehen, wobei ein oberes Ende von ihr über ein Kraftstoffeinlassrohr 623, das an einem oberen Seitenabschnitt des oberen Gehäuses 62 vorsteht, mit einem (nicht gezeigten) Common-Rail in Verbindung steht.
Von einem oberen Seitenabschnitt des oberen Gehäuses 62 steht ein Kraftstoffabflussrohr 625 vor, das mit einer Abführleitung 624 in Verbindung steht, wobei der aus dem Kraftstoffausflussrohr 625 strömende Kraftstoff zu einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank zurückgeführt wird.
Die Abführleitung 624 geht durch einen Spalt 60 zwischen dem Längsloch 621 und dem Antriebsteil (piezoelektrisches Schichtelement) 1 hindurch und steht über eine (nicht gezeigte) Leitung, die von dem Spalt 60 aus nach unten durch das obere und untere Gehäuse 62 und 63 verläuft, mit einem Drei-Wege-Ventil 651 in Verbindung.
Der Einspritzdüsenabschnitt 64 ist mit einer Düsennadel 641, die in einem Kolbenkörper 631 nach oben und unten gleitet, und einer Einspritzöffnung 643 versehen, die durch die Düsennadel 641 geöffnet und geschlossen wird und den von einem Kraftstoffspeicher 642 zugeführten Hochdruckkraftstoff in den jeweiligen Zylinder des Motors einspritzt. Der Kraftstoffspeicher 642 ist um die Düsennadel 641 herum an einem mittleren Abschnitt von ihr vorgesehen, wo sich das untere Ende der Hochdruckkraftstoffleitung 622 öffnet. Die Düsennadel 641 nimmt den Druck des Kraftstoffs vom Kraftstoffspeicher 642 in einer Richtung auf, in der sich das Ventil öffnet, und nimmt den Druck des Kraftstoffs von einer Gegendruckkammer 644, die so vorgesehen ist, dass sie seinem oberen Ende zugewandt ist, in einer Richtung auf, in der sich das Ventil schließt. Wenn der Druck in der Gegendruckkammer 644 abnimmt, wird die Düsennadel 641 angehoben, wodurch sich die Einspritzöffnung 643 öffnet und der Kraftstoff eingespritzt wird.
Der Druck in der Gegendruckkammer 644 wird durch das Drei-Wege-Ventil 651 erhöht oder verringert. Das Drei-Wege-Ventil 651 ist so aufgebaut, dass es die Gegendruckkammer 644 gezielt mit der Hochdruckkraftstoffleitung 622 oder mit der Abführleitung 624 in Verbindung bringt. Um mit der Hochdruckkraftstoffleitung 622 oder der Abführleitung 624 in Verbindung zu treten, wird ein kugelförmiger Ventilkörper verwendet, der die Öffnung öffnet/schließt. Der Ventilkörper wird von dem Antriebsteil 1 über einen Kolben großen Durchmessers 652, einer Hydraulikkammer 653 und einen Kolben kleinen Durchmessers 654, die unter diesem angeordnet sind, angetrieben. In diesem Beispiel wird in der wie oben beschrieben aufgebauten Einspritzdüse 6 als Antriebsquelle das piezoelektrische Schichtelement 1 von Beispiel 1 verwendet. Das piezoelektrische Schichtelement 1 hat wie oben beschrieben eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. Daher kann die Leistungsfähigkeit der Einspritzdüse 6 als Ganzes gesteigert werden.

Claims

Piezoelektrisches Schichtelement, das einen Keramikschichtkörper hat, der durch abwechselndes Aufschichten von piezoelektrischen Schichten, die aus einem piezoelektrischen Material bestehen, und Innenelektrodenschichten, die elektrische Leitfähigkeit haben, erzielt wurde und Außenelektroden hat, die über einen elektrisch leitenden Klebstoff mit den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers verbunden sind, wobei in dem elektrisch leitenden Klebstoff zumindest Teile von Gitterkörpern eingebettet sind, die erzielt wurden, indem unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials ein Gitter gebildet wurde.
Piezoelektrisches Schichtelement nach Anspruch 1, bei dem die Gitterkörper unter Verwendung von entweder einem Harz, einer Keramik, von Kohlenstoff oder Glas gebildet wurden.
Piezoelektrisches Schichtelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Gitterkörper durch Wirken oder Stricken einer aus einem nichtmetallischen Material bestehenden Faser gebildet wurden.
Piezoelektrisches Schichtelement nach Anspruch 3, bei dem die die Gitterkörper bildende Faser ein Faseraggregat ist, das durch Bündeln feiner Fasern erzielt wurde.
Piezoelektrisches Schichtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Oberflächen der Gitterkörper mit einem elektrisch leitenden Material überzogen sind.
Piezoelektrisches Schichtelement nach Anspruch 5, bei dem das elektrisch leitende Material mindestens eines der Elemente Pt, Pd, Ta, Au, Ag, Cu, Ni, Zn und Sn enthält.
Piezoelektrisches Schichtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ein piezoelektrischer Aktor für eine Einspritzdüse ist, der als Antriebsquelle der Einspritzdüse verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements, das einen Keramikschichtkörper hat, der durch abwechselndes Aufschichten von piezoelektrischen Schichten, die aus einem piezoelektrischen Material bestehen, und Innenelektrodenschichten, die elektrische Leitfähigkeit haben, erzielt wird und Außenelektroden hat, die über einen elektrisch leitenden Klebstoff mit den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers verbunden werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Schichtkörperbildungsschritt, in dem durch abwechselndes Aufschichten der piezoelektrischen Schichten und der Innenelektrodenschichten der Keramikschichtkörper gebildet wird; einen Klebstoffaufbringungsschritt, in dem auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers der elektrisch leitende Klebstoff aufgebracht wird; einen Gitterkörperanordnungsschritt, in dem in dem elektrisch leitenden Klebstoff zumindest Teile von Gitterkörpern eingebettet werden, die erzielt wurden, indem unter Verwendung eines nichtmetallischen Materials ein Gitter gebildet wurde; und einen Außenelektrodenverbindungsschritt, in dem mit dem elektrisch leitenden Klebstoff die Außenelektroden verbunden werden.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements nach Anspruch 8, bei dem die Gitterkörper unter Verwendung entweder eines Harzes, einer Keramik, von Kohlenstoff oder Glas gebildet wurden.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Gitterkörper durch Wirken oder Stricken einer aus einer nichtmetallischen Material bestehenden Faser gebildet wurden.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtkörpers nach Anspruch 10, bei dem die die Gitterkörper bildende Faser ein Faseraggregat ist, das durch Bündeln von feinen Fasern erzielt wurde.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Oberflächen der Gitterkörper mit einem elektrisch leitenden Material überzogen sind.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtkörpers nach Anspruch 12, bei dem das elektrisch leitende Material zumindest eines der Elemente Pt, Pd, Ta, Au, Ag, Cu, Ni, Zn und Sn enthält.