HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Technisches Gebiet der Erfindung1. Technical field of the invention
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein laminiertes piezoelektrisches
Element, das zur Verwendung in z. B. einem piezoelektrischen Aktuator
einer Treibstoffeinspritzvorrichtung dient, und ein Verfahren zum
Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elements.The
The present invention relates to a laminated piezoelectric
Element suitable for use in e.g. B. a piezoelectric actuator
a fuel injection device, and a method for
Producing the laminated piezoelectric element.
2. Beschreibung des Stands
der Technik2. Description of the stand
of the technique
Herkömmlich
verwendet ein piezoelektrischer Aktuator, der als eine Antriebsquelle
einer Treibstoffeinspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
eines Motorfahrzeugs dient, ein laminiertes piezoelektrisches Element.conventional
uses a piezoelectric actuator acting as a drive source
a fuel injection device for an internal combustion engine
of a motor vehicle, a laminated piezoelectric element.
Das
laminierte piezoelektrische Element wird hergestellt durch: abwechselndes
Laminieren einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramikschichten
mit einer Vielzahl von Innenelektrodenschichten, um ein Keramiklaminat
zu bilden; und Verbinden eines Paars von externen Elektroden mit
dem Keramiklaminat, so dass jede der externen Elektroden abwechselnd
mit den Innenelektrodenschichten verbunden ist. Weiterhin ist das laminierte
piezoelektrische Element derart konfiguriert, dass wenn eine Spannung über
die externen Elektroden an die Innenelektrodenschichten angelegt
wird, die piezoelektrischen Keramikschichten verschoben (oder deformiert)
werden, um ein Zielobjekt anzutreiben.The
laminated piezoelectric element is made by: alternating
Laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers
with a variety of internal electrode layers, around a ceramic laminate
to build; and connecting a pair of external electrodes with
the ceramic laminate, so that each of the external electrodes alternately
is connected to the inner electrode layers. Furthermore, this is laminated
piezoelectric element configured such that when a voltage across
the external electrodes are applied to the internal electrode layers
is moved, the piezoelectric ceramic layers (or deformed)
to drive a target object.
Das
laminierte piezoelektrische Element wird im Allgemeinen für
eine lange Zeit unter rauen Betriebsbedingungen verwendet. Um daher
die elektrische Isolierung der Außenoberfläche
des Keramiklaminats zu verbessern, verwendet das laminierte piezoelektrische
Element einen Keramiklaminataufbau, bei dem jede der piezoelektrischen
Keramikschichten einen Abschnitt besitzt, auf dem keine Innenelektrodenschicht
ausgebildet (oder laminiert) ist.The
laminated piezoelectric element is generally used for
a long time under harsh operating conditions. Order therefore
the electrical insulation of the outer surface
of the ceramic laminate, uses the laminated piezoelectric
Element a ceramic laminate structure in which each of the piezoelectric
Ceramic layers has a section on which no inner electrode layer
formed (or laminated) is.
Jedoch
wird bei einem solchen Keramiklaminataufbau, wenn die Spannung in
jeder der piezoelektrischen Keramikschichten an die Innenelektrodenschichten
angelegt wird, der Abschnitt, auf dem keine Innenelektrodenschicht
ausgebildet ist (nachstehend als piezoelektrisch inaktiver Abschnitt
bezeichnet), nicht verschoben, während der verbleibende
Abschnitt verschoben wird. Der piezoelektrisch inaktive Abschnitt
verhindert die Verschiebung des verbleibenden Abschnitts. Folglich
kann eine Spannungskonzentration an der Grenze zwischen dem piezoelektrisch
inaktiven Abschnitt und dem verbleibenden Abschnitt entstehen, was
zu Rissen entlang der Grenze führt.however
in such a ceramic laminate construction, when the stress in
each of the piezoelectric ceramic layers to the inner electrode layers
is applied, the section on which no inner electrode layer
is formed (hereinafter referred to as a piezoelectrically inactive section
), not displaced while remaining
Section is moved. The piezoelectrically inactive section
prevents the shift of the remaining section. consequently
can be a stress concentration at the boundary between the piezoelectric
inactive section and the remaining section arise what
leads to cracks along the border.
Um
das vorstehende Problem zu lösen, offenbart die Japanische Patenterstveröffentlichung
Nr. H04-133482 , wobei ein englisches Äquivalent
die US-Patentschrift Nr. 5089739 ist,
ein laminiertes piezoelektrisches Element, in dem gilt: Schlitze
sind in der Außenoberfläche eines Keramiklaminats
ausgebildet; und ein Füllelement mit einem kleineren Elastizitätsmodul
als die piezoelektrischen Keramikschichten ist in die Schlitze gefüllt,
um die mechanische Festigkeit des Keramiklaminats aufgrund des Ausbildens
der Schlitze davor zu bewahren, kleiner zu werden.To solve the above problem, the Japanese Patent First Publication No. H04-133482 , where an English equivalent is the U.S. Patent No. 5,089,739 is a laminated piezoelectric element in which: slits are formed in the outer surface of a ceramic laminate; and a filler having a smaller elastic modulus than the piezoelectric ceramic layers is filled in the slits so as to prevent the mechanical strength of the ceramic laminate from becoming smaller due to the formation of the slits.
Darüber
hinaus offenbart die Japanische
Patenterstveröffentlichung Nr. 2004-297041 , wobei
das US-Patent Nr. 7061162 ein
englisches Äquivalent davon ist, ein laminiertes piezoelektrisches
Element, in dem gilt: Nuten (Schlitze) sind in jenen Seitenoberflächen
eines Keramiklaminats ausgebildet, an denen jeweils Seitenelektroden
bereitgestellt sind; jede der Innenelektrodenschichten besitzt ein
Ende, das sich in einer Entsprechenden der Nuten erstreckt; und
ein elektrisch isolierendes Füllelement ist in die Nuten
gefüllt, um jede der herausragenden Enden von einer der
Seitenelektroden zu isolieren, die eine unterschiedliche Polarität
des herausragenden Endes aufweist.In addition, the reveals Japanese Patent First Publication No. 2004-297041 , where the U.S. Patent No. 7061162 an English equivalent thereof is a laminated piezoelectric element in which: grooves (slits) are formed in those side surfaces of a ceramic laminate to which side electrodes are respectively provided; each of the internal electrode layers has an end extending in a corresponding one of the grooves; and an electrically insulating filler is filled in the grooves to insulate each of the protruding ends of one of the side electrodes having a different polarity of the protruding end.
Jedoch
gilt bei allen den offenbarten laminierten piezoelektrischen Elementen,
dass wenn Schlitze oder Nuten nicht ausreichend mit dem Füllmaterial
ausgefüllt sind, eine Migration des Elektrodenmaterials
(d. h., des Materials, aus dem die Seitenelektroden hergestellt
sind) über die Schlitze oder Nuten auftreten kann, wodurch
die Isoliereigenschaften des laminierten piezoelektrischen Elements
herabgesetzt werden, um eine Fehlfunktion, wie etwa einen Kurzschluss,
zu erzeugen.however
applies to all of the disclosed laminated piezoelectric elements,
that if slots or grooves are not enough with the filler material
are filled, a migration of the electrode material
(i.e., the material from which the side electrodes are made
are) over the slots or grooves can occur, causing
the insulating properties of the laminated piezoelectric element
be reduced to a malfunction, such as a short circuit,
to create.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist ein laminiertes piezoelektrisches Element
(1) bereitgestellt, das ein Keramiklaminat (15)
und ein Paar einer ersten und einer zweiten Seitenelektrode (17, 18)
umfasst. Das Keramiklaminat (15) ist durch abwechselndes
Laminieren einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramikschichten
(11) mit einer Vielzahl von Innenelektrodenschichten (13, 14)
ausgebildet. Das Keramiklaminat (15) besitzt eine Außenoberfläche
(150), die ein gegenüberliegendes Paar einer ersten
und einer zweiten Seitenfläche (151, 152)
umfasst. Die erste und die zweite Seitenelektrode (17, 18)
sind jeweils an der ersten und zweiten Seitenfläche (151, 152)
des Keramiklaminats (15) bereitgestellt.According to the present invention, a laminated piezoelectric element ( 1 ) comprising a ceramic laminate ( 15 ) and a pair of first and second side electrodes ( 17 . 18 ). The ceramic laminate ( 15 ) is formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers ( 11 ) with a plurality of internal electrode layers ( 13 . 14 ) educated. The ceramic laminate ( 15 ) has an outer surface ( 150 ) having an opposing pair of first and second side surfaces ( 151 . 152 ). The first and second side electrodes ( 17 . 18 ) are respectively at the first and second side surface ( 151 . 152 ) of the ceramic laminate ( 15 ) provided.
Weiterhin
gilt in dem laminierten piezoelektrischen Element (1),
dass jede der Vielzahl von Innenelektrodenschichten (13, 14)
elektrisch leitfähig ist, und nur einen Teil einer Entsprechenden
der piezoelektrischen Keramikschichten (11) bedeckt. Die
Vielzahl von Innenelektrodenschichten (13, 14)
weist erste Innenelektrodenschichten (13) und zweite Innenelektrodenschichten
(14) auf. Jede der ersten Innenelektrodenschichten (13)
besitzt ein erstes Ende (131), das sich in Richtung der
ersten Seitenfläche (151) des Keramiklaminats
(15) erstreckt, und elektrisch mit der ersten Seitenelektrode
(17) und einem zweiten Ende (132) verbunden ist,
das von der zweiten Seitenfläche (152) des Keramiklaminats
(15) um eine vorbestimmte Distanz nach innen gerichtet
zurückgesetzt ist. Jede der zweiten Innenelektrodenschichten
(14) besitzt ein erstes Ende (141), das sich in
Richtung der zweiten Seitenfläche (152) des Keramiklaminats
(15) erstreckt und elektrisch mit der zweiten Seitenelektrode
(18) und einem zweiten Ende (142) verbunden ist,
das von der ersten Seitenfläche (151) des Keramiklaminats
(15) um die vorbestimmte Distanz nach innen gerichtet zurückgesetzt
ist. Die ersten Innenelektrodenschichten (13) sind abwechselnd
mit den zweiten Innenelektrodenschichten (14) in einer
Laminierrichtung des Keramiklaminats (15) angeordnet.Furthermore, in the laminated piezoelectric element ( 1 ) that each of the plurality of internal electrode layers ( 13 . 14 ) is electrically conductive, and only a part of a corresponding one of the piezoelectric ceramic layers ( 11 ) covered. The plurality of internal electrode layers ( 13 . 14 ) has first inner electrode layers ( 13 ) and second internal electrode layers ( 14 ) on. Each of the first inner electrode layers ( 13 ) has a first end ( 131 ) extending in the direction of the first side surface ( 151 ) of the ceramic laminate ( 15 ) and electrically connected to the first side electrode ( 17 ) and a second end ( 132 ) connected to the second side surface ( 152 ) of the ceramic laminate ( 15 ) is reset by a predetermined distance inwardly. Each of the second internal electrode layers ( 14 ) has a first end ( 141 ), which extends in the direction of the second side surface ( 152 ) of the ceramic laminate ( 15 ) and electrically connected to the second side electrode ( 18 ) and a second end ( 142 ) connected to the first side surface ( 151 ) of the ceramic laminate ( 15 ) is reset by the predetermined distance inwardly. The first internal electrode layers ( 13 ) are alternated with the second inner electrode layers ( 14 ) in a laminating direction of the ceramic laminate ( 15 ) arranged.
Weiterhin
gilt in dem laminierten piezoelektrischen Element (1),
dass das Keramiklaminat (15) weiterhin eine Vielzahl von
Schlitzen (12) umfasst, wobei jeder davon von der Außenoberfläche
(150) des Keramiklaminats (15) um eine vorbestimmte
Tiefe (H) vertieft ist und sich in einer Umfangsrichtung des Keramiklaminats (15)
erstreckt, um einen Gesamtumfang des Keramiklaminats (15)
einzunehmen. Jeder der Schlitze (12) ist derart in der
Laminierrichtung des Keramiklaminats (15) positioniert,
dass keine der Innenelektrodenschichten (13, 14)
an einer Innenwand (123) des Keramiklaminats (15),
das den Schlitz (12) definiert, freiliegt. Jeder der Schlitze
(12) ist von dessen Öffnung (121) an
der Außenoberfläche (150) des Keramiklaminats
(15) zu dessen Bodenseite (122) zunehmend verschmälert.
Es ist die folgende Abmessungsbeziehung erfüllt:
0,05 ≤ W2/W1 ≤ 0,8,
wobei W1 bzw. W2 die Breiten von jedem der Schlitze (12)
an der Öffnung (121) des Schlitzes (12)
und an einer Position, die sich um 30 μm weg von der Bodenfläche
(122) des Schlitzes (12) befindet, angeben. In
jedem der Schlitze (12) ist mindestens ein elektrisch isolierender
Harzisolator (19) bereitgestellt, um eine Verbindung zwischen
den ersten und den zweiten Seitenelektroden (17, 18) über
den Schlitz (12) zu blockieren.Furthermore, in the laminated piezoelectric element ( 1 ) that the ceramic laminate ( 15 ) further a plurality of slots ( 12 ), each of them from the outer surface ( 150 ) of the ceramic laminate ( 15 ) is recessed by a predetermined depth (H) and in a circumferential direction of the ceramic laminate ( 15 ) extends to a total extent of the ceramic laminate ( 15 ). Each of the slots ( 12 ) is so in the laminating direction of the ceramic laminate ( 15 ), that none of the inner electrode layers ( 13 . 14 ) on an inner wall ( 123 ) of the ceramic laminate ( 15 ), the slot ( 12 ), exposed. Each of the slots ( 12 ) is from the opening ( 121 ) on the outer surface ( 150 ) of the ceramic laminate ( 15 ) to the bottom side ( 122 ) increasingly narrowed. The following dimension relationship is fulfilled:
0.05 ≦ W2 / W1 ≦ 0.8, where W1 and W2 are the widths of each of the slots ( 12 ) at the opening ( 121 ) of the slot ( 12 ) and at a position that is 30 μm away from the bottom surface ( 122 ) of the slot ( 12 ). In each of the slots ( 12 ) is at least one electrically insulating resin insulator ( 19 ) to connect between the first and second side electrodes ( 17 . 18 ) over the slot ( 12 ) to block.
Bei
dem vorstehenden Aufbau kann eine Migration des Elektrodenmaterials
(d. h., des Materials, aus dem die ersten und zweiten Seitenelektroden
hergestellt sind) zwischen den ersten und zweiten Seitenelektroden
(17, 18) über den Schlitz (12)
durch den mindestens einen Harzisolator (19) verhindert
werden. Folglich ist es möglich, ein Verschlechtern der
Isolationseigenschaften des laminierten piezoelektrischen Elements
(1) und das Auftreten einer Fehlfunktion (z. B. eines Kurzschlusses)
in dem laminierten piezoelektrischen Element (1) zu verhindern.
Als eine Folge können gute Isoliereigenschaften des laminierten
piezoelektrischen Elements (1) sichergestellt werden, und
sowohl die Haltbarkeit als auch die Zuverlässigkeit des
laminierten piezoelektrischen Elements (1) können
verbessert werden.In the above construction, migration of the electrode material (ie, the material from which the first and second side electrodes are made) may be interposed between the first and second side electrodes (FIG. 17 . 18 ) over the slot ( 12 ) through the at least one resin insulator ( 19 ) be prevented. Consequently, it is possible to deteriorate the insulating properties of the laminated piezoelectric element (FIG. 1 ) and the occurrence of a malfunction (eg, a short circuit) in the laminated piezoelectric element (FIG. 1 ) to prevent. As a result, good insulating properties of the laminated piezoelectric element (FIG. 1 ), and both the durability and the reliability of the laminated piezoelectric element ( 1 ) can be improved.
Zusätzlich
gilt durch Erfüllen der Abmessungsbeziehung von (0,05 ≤ W2/W1 ≤ 0,8),
dass es für ein elektrisch isolierendes Harz leicht ist,
in jeden der Schlitze (12) zu fließen, um den
mindestens einen Harzisolator (19) zu bilden, wodurch ein
Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elements (1)
erleichtert wird.In addition, by satisfying the dimensional relationship of (0.05 ≦ W2 / W1 ≦ 0.8), it is easy for an electrically insulating resin to be in each of the slots (FIG. 12 ) to flow around the at least one resin insulator ( 19 ), thereby producing a laminated piezoelectric element (FIG. 1 ) is facilitated.
Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen
des vorstehend beschriebenen laminierten piezoelektrischen Elements
(1) bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:
(a) Vorbereiten des Keramiklaminators (15) mit der Vielzahl
von Schlitzen (12); (b) Anbringen eines elektrisch isolierenden
Harzes in die Öffnung (121) von jedem der Schlitze
(12) an der Außenoberfläche (150)
des Keramiklaminats (15); (c) Betreiben des Keramiklaminats
(15), um sich wiederholt in der Laminierrichtung auszudehnen
und zusammenzuziehen, wodurch verursacht wird, dass das isolierende
Harz in jeden der Schlitze (12) fließt, um gewünschte
Regionen in jedem der Schlitze (12) einzunehmen; und (d)
Aushärten des in die gewünschten Regionen in jedem
der Schlitze (12) eingebrachten isolierenden Harzes, um
den mindestens einen elektrisch isolierenden Harzisolator (19)
zu bilden.According to the present invention, there is further provided a method of manufacturing the laminated piezoelectric element (10) described above. 1 ) provided. The method comprises the steps of: (a) preparing the ceramic laminator ( 15 ) with the plurality of slots ( 12 ); (b) mounting an electrically insulating resin in the opening ( 121 ) of each of the slots ( 12 ) on the outer surface ( 150 ) of the ceramic laminate ( 15 ); (c) operating the ceramic laminate ( 15 ) to repeatedly expand and contract in the laminating direction, causing the insulating resin to be introduced into each of the slots (FIG. 12 ) flows to desired regions in each of the slots ( 12 to take); and (d) curing in the desired regions in each of the slots ( 12 ) introduced insulating resin to the at least one electrically insulating resin insulator ( 19 ) to build.
Mit
dem vorstehenden Verfahren wird in dem Schritt (c) durch das wiederholte
Ausdehnen/Zusammenziehen des Keramiklaminats (15) ein Pumpeffekt
erzeugt, durch den das isolierende Harz leicht und zuverlässig
in die gewünschten Regionen in jedem der Schlitze (12)
eingebracht werden kann.With the above method, in the step (c), by the repeated expansion / contraction of the ceramic laminate (FIG. 15 ) produces a pumping effect by which the insulating resin easily and reliably reaches the desired regions in each of the slots (FIG. 12 ) can be introduced.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung und anhand der anhängenden Zeichnungen von
bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung vollständig
ersichtlich, wobei diese nicht dazu gedacht sind, die Erfindung
auf die spezifischen Ausführungsbeispiele einzuschränken, sondern
nur zum Zwecke der Erklärung und des Verständnisses
dienen.The
The present invention will become apparent from the following detailed
Description and reference to the attached drawings of
preferred embodiments of the invention completely
these are not intended to be the invention
to restrict to the specific embodiments, but
for the purpose of explanation and understanding only
serve.
In
den anhängenden Zeichnungen gilt:In
the attached drawings:
1 ist
eine schematische Ansicht, die den Gesamtaufbau eines laminierten
piezoelektrischen Elements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt; 1 Fig. 10 is a schematic view showing the overall structure of a laminated piezoelectric element according to the first embodiment of the invention;
2 ist
eine schematische Querschnittsansicht des laminierten piezoelektrischen
Elements; 2 Fig. 12 is a schematic cross-sectional view of the laminated piezoelectric element;
3 ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht, die die Konfiguration
eines in dem laminierten piezoelektrischen Element ausgebildeten
Schlitzes zeigt; 3 Fig. 10 is an enlarged fragmentary sectional view showing the configuration of a slit formed in the laminated piezoelectric element;
4 ist
eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2; 4 is a schematic sectional view taken along the line AA in 2 ;
5 ist
eine schematische Perspektivansicht, die einen Prozess des Ausbildens
eines ersten Elektrodenschicht-Bildungsblattes gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; 5 FIG. 12 is a schematic perspective view illustrating a process of forming a first electrode layer forming sheet according to the first embodiment; FIG.
6 ist
eine schematische Perspektivansicht, die einen Prozess eines Ausbildens
eines zweiten Elektrodenschicht-Bildungsblattes gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; 6 FIG. 12 is a schematic perspective view illustrating a process of forming a second electrode layer forming sheet according to the first embodiment; FIG.
7 ist
eine schematische Perspektivansicht, die einen Prozess eines Ausbildens
eines Schlitzbildungsblattes gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel veranschaulicht; 7 Fig. 12 is a schematic perspective view illustrating a process of forming a slit forming sheet according to the first embodiment;
8 ist
eine schematische Schnittansicht entlang der Linie B-B in 7; 8th is a schematic sectional view taken along the line BB in 7 ;
9 ist
eine schematische Perspektivansicht, die einen Laminierprozess gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; 9 Fig. 12 is a schematic perspective view illustrating a lamination process according to the first embodiment;
10 ist
eine Draufsicht, die ein vorbereitetes Laminat gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel zeigt; 10 Fig. 10 is a plan view showing a prepared laminate according to the first embodiment;
11 ist
eine schematische Schnittansicht entlang der Linie C-C in 10; 11 is a schematic sectional view taken along the line CC in 10 ;
12 ist
eine schematische Schnittansicht, die ein Zwischenlaminat gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel zeigt; 12 Fig. 10 is a schematic sectional view showing an intermediate laminate according to the first embodiment;
13 ist
eine schematische Schnittansicht, die die Breitenänderung
eines in dem laminierten piezoelektrischen Elements ausgebildeten
Schlitzes veranschaulicht, wenn sich das laminierte piezoelektrische
Element ausdehnt; 13 Fig. 12 is a schematic sectional view illustrating the width change of a slit formed in the laminated piezoelectric element when the laminated piezoelectric element expands;
14 ist
eine schematische Ansicht, die Migrationspfade von Elektrodenmaterial
in dem laminierten piezoelektrischen Element veranschaulicht; 14 Fig. 12 is a schematic view illustrating migration paths of electrode material in the laminated piezoelectric element;
15 ist
eine schematische Ansicht, die ein Kombinationsmuster der Innenelektrodenschichten
und Schlitze in dem laminierten piezoelektrischen Element veranschaulicht; 15 Fig. 12 is a schematic view illustrating a combination pattern of the internal electrode layers and slits in the laminated piezoelectric element;
16 ist
eine schematische Ansicht, die eine piezoelektrisch aktive Region
sowie piezoelektrisch inaktive Regionen in dem laminierten piezoelektrischen
Element veranschaulicht; 16 Fig. 12 is a schematic view illustrating a piezoelectric active region and piezoelectrically inactive regions in the laminated piezoelectric element;
17 ist
eine schematische Ansicht, die einen Aufbau von Harzisolatoren in
dem laminierten piezoelektrischen Element gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt; 17 Fig. 10 is a schematic view showing a structure of resin insulators in the laminated piezoelectric element according to the second embodiment of the present invention;
18 ist
eine schematische Ansicht, die einen weiteren Aufbau von Harzisolatoren
in dem laminierten piezoelektrischen Element gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; 18 is a schematic view illustrating another structure of resin insulators in the laminated piezoelectric element according to the second embodiment;
die 19A und 19B sind
schematische Ansichten, die den Aufbau eines Harzisolators in dem laminierten
piezoelektrischen Element gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulichen; undthe 19A and 19B Fig. 10 are schematic views illustrating the structure of a resin insulator in the laminated piezoelectric element according to the third embodiment of the invention; and
20 ist
eine Teilquerschnittsansicht, die den Gesamtaufbau einer Treibstoffeinspritzvorrichtung
gemäß einem Beispiel der Erfindung zeigt. 20 Fig. 16 is a partial cross-sectional view showing the overall structure of a fuel injection device according to an example of the invention.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF PREFERRED
EMBODIMENTS
In
dem laminierten piezoelektrischen Element gemäß der
vorliegenden Erfindung befinden sich die Schlitze vorzugsweise in
vorbestimmten Intervallen beabstandet in Richtung des Keramiklaminats.
Als eine Konsequenz ist es möglich, effektiv in dem Keramiklaminat
in der Laminierrichtung angehäufte Spannungen zu entlasten.In
the laminated piezoelectric element according to the
present invention, the slots are preferably in
predetermined intervals spaced in the direction of the ceramic laminate.
As a consequence, it is possible to effectively in the ceramic laminate
relieve stress in the laminating direction.
Vorzugsweise
weist der mindestens eine Harzisolator, der in jedem der Schlitze
angebracht ist, ein kleineres Elastizitätsmodul auf als
die piezoelektrischen Keramikschichten. Mit diesem Aufbau ist es
möglich, weiterhin effektiv in dem Keramiklaminat in der
Laminierrichtung angehäufte Spannungen zu lösen.Preferably
has the at least one resin insulator in each of the slots
is attached, a smaller elastic modulus than
the piezoelectric ceramic layers. It is with this structure
possible to continue effective in the ceramic laminate in the
Lamination accumulated voltages to solve.
In
dem laminierten piezoelektrischen Element beläuft sich
die vorbestimmte Tiefe von jedem der Schlitze vorzugsweise in dem
Bereich von 0,4 bis 0,8 mm. Wenn die vorbestimmte Tiefe kleiner
als 0,4 mm ist, kann die Spannung an der Unterseite des Schlitzes
während eines Betriebs die Festigkeit des laminierten piezoelektrischen
Elements übersteigen. Folglich können Risse von
der Unterseite des Schlitzes auftreten, und Feuchtigkeit kann in
die Risse eintreten, um die Isoliereigenschaften des laminierten
piezoelektrischen Elements herabzusetzen. Wenn andererseits die
vorbestimmte Tiefe größer als 0,8 mm ist, wird
die Aktuatorkraft (oder Antriebskraft), die durch das laminierte
piezoelektrische Element erzeugt wird, unterhalb eines notwendigen
Niveaus vermindert werden.In
The laminated piezoelectric element amounts to
the predetermined depth of each of the slots is preferably in the
Range from 0.4 to 0.8 mm. If the predetermined depth is smaller
than 0.4 mm, the tension can be at the bottom of the slot
during operation, the strength of the laminated piezoelectric
Elements exceed. Consequently, cracks of
The bottom of the slot can occur, and moisture can in
the cracks occur to the insulating properties of the laminated
minimize the piezoelectric element. On the other hand, if the
predetermined depth is greater than 0.8 mm is
the actuator force (or driving force) that is laminated through the
piezoelectric element is generated, below a necessary
Levels are reduced.
Vorzugsweise
ist jeder der Schlitze in dem laminierten piezoelektrischen Element
durch Abbrennen eines Schlitzbildungsmaterials ausgebildet, das
in einem Zwischenkeramiklaminat zum Bilden des Keramiklaminats enthalten
ist, durch Ausfetten und/oder Abbrennen.Preferably
is each of the slots in the laminated piezoelectric element
formed by burning a slit forming material, the
in an intermediate ceramic laminate for forming the ceramic laminate
is by greasing and / or burning off.
Mit
dem vorstehenden Aufbau ist es möglich, jeden der Schlitze
in dem laminierten piezoelektrischen Element leicht zu bilden. Darüber
hinaus wird die innere Wand des Keramiklaminats, die jeden der Schlitze definiert,
eine freie Abbrennfläche, die das Auftreten einer Kapillarwirkung
in jedem der Schlitze erleichtert. Folglich kann das isolierende
Harz leichter in jeden der Schlitze fließen, um den mindestens
einen Harzisolator zu bilden. Darüber hinaus ist es mit
der freien Abbrennfläche möglich zu verhindern,
dass das Material, das die piezoelektrischen Keramikschichten bildet,
sich ablöst und in jeden der Schlitze fällt.With
According to the above construction, it is possible to have each of the slots
in the laminated piezoelectric element easily. About that
in addition, the inner wall of the ceramic laminate defining each of the slots becomes
a free burning surface, which is the appearance of capillary action
relieved in each of the slots. Consequently, the insulating
Resin flow more easily in each of the slots to the at least
to form a resin insulator. In addition it is with
the free burning surface possible to prevent
that the material forming the piezoelectric ceramic layers,
peels off and falls into each of the slots.
In
dem laminierten piezoelektrischen Element enthält der mindestens
eine Harzisolator vorzugsweise als eine Hauptkomponente Urethanharz,
ein Siliconharz, ein Fluorsiliconharz oder ein Silicon-denaturiertes Epoxidharz.In
The laminated piezoelectric element contains the at least
a resin insulator preferably as a main component urethane resin,
a silicone resin, a fluorosilicone resin or a silicone-denatured epoxy resin.
Mit
der vorstehenden Beschaffenheit wird das Elastizitätsmodul
des mindestens einen Harzisolators viel kleiner als der des Keramiklaminats
sein. Folglich wird die Deformation von jedem der Schlitze nicht
durch den mindestens einen Harzisolator während eines Betriebs
gehindert, wodurch das Auftreten einer übermäßigen
Spannung um jeden der Schlitze unterdrückt wird. Darüber
hinaus wird die thermische Spannung des mindestens einen Harzisolators
klein, wodurch ein durch die Differenz der thermischen Ausdehnung
zwischen dem Keramiklaminat und dem mindestens einen Harzisolator
induzierte Spannung vermindert wird.With
the above constitution becomes the elastic modulus
of the at least one resin insulator much smaller than that of the ceramic laminate
be. As a result, the deformation of each of the slots does not become
through the at least one resin insulator during operation
prevented, causing the occurrence of excessive
Tension around each of the slots is suppressed. About that
In addition, the thermal stress of the at least one resin insulator
small, causing a difference in the thermal expansion
between the ceramic laminate and the at least one resin insulator
induced voltage is reduced.
Weiterhin
gilt vorzugsweise, dass der mindestens eine Harzisolator ein Siliconharz
als die Hauptkomponente und Platin oder ein organisches Peroxid
als ein Aushärtemittel enthält.Farther
Preferably, the at least one resin insulator is a silicone resin
as the main component and platinum or an organic peroxide
as a curing agent.
Mit
einem solchen Aushärtemittel ist es möglich, das
Aushärten des mindestens einen Harzisolators zu erleichtern.
Insbesondere gilt, dass wenn der mindestens eine Harzisolator ein
organisches Peroxid als das Aushärtemittel enthält,
es gegenüber Antikatalyte bzw. Antihärtern haltbar
ist, und daher kann zuverlässig ausgehärtet werden,
auch wenn ein Schlitz verschmutzt ist.With
Such a curing agent, it is possible that
To facilitate curing of the at least one resin insulator.
In particular, if the at least one resin insulator a
contains organic peroxide as the curing agent,
it is durable against Antikatalyte or anti-hardeners
is, and therefore can be cured reliably
even if a slot is dirty.
[Erstes Ausführungsbeispiel][First Embodiment]
Ein
laminiertes piezoelektrisches Element 1 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird
nachstehend mit Bezugnahme auf die 1–16 beschrieben.A laminated piezoelectric element 1 according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS 1 - 16 described.
Das
laminierte piezoelektrische Element 1 umfasst, wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, ein Keramiklaminat 15, das durch abwechselndes Laminieren
einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramikschichten 11 mit
einer Vielzahl von Innenelektrodenschichten 13 und 14 ausgebildet
ist. Das Keramiklaminat 15 besitzt eine Außenoberfläche 150,
die ein sich gegenüberliegendes Paar von Seitenflächen 151 und 152 des
Keramiklaminats 15 umfasst. Das laminierte piezoelektrische
Element 1 umfasst weiterhin ein Paar von Seitenelektroden 17 und 18,
die jeweils an den Seitenflächen 151 und 152 des
Keramiklaminats 15 bereitgestellt sind.The laminated piezoelectric element 1 includes, as in the 1 and 2 shown is a ceramic laminate 15 by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers 11 with a plurality of internal electrode layers 13 and 14 is trained. The ceramic laminate 15 has an outer surface 150 that is an opposing pair of side surfaces 151 and 152 of the ceramic laminate 15 includes. The laminated piezoelectric element 1 further includes a pair of side electrodes 17 and 18 , each on the side surfaces 151 and 152 of the ceramic laminate 15 are provided.
Jede
der Innenelektrodenschichten 13 ist elektrisch leitfähig
und bedeckt nur einen Teil einer Entsprechenden der piezoelektrischen
Keramikschichten 11. Insbesondere besitzt jede der Innenelektrodenschichten 13 ein
erstes Ende 131, das sich zu der Seitenfläche 151 des
Keramiklaminats 15 erstreckt, und ein zweites Ende 132,
das von der Seitenfläche 152 des Keramiklaminats 15 um
eine vorbestimmte Distanz nach innen gerichtet zurückgesetzt
ist. Folglich ist jede der Innenelektrodenschichten 13 elektrisch
mit der Seitenelektrode 17, die an der Seitenfläche 151 bereitgestellt
ist, verbunden, während diese zuverlässig von
der Seitenelektrode 18, die an der Seitenfläche 152 bereitgestellt
ist, isoliert ist.Each of the inner electrode layers 13 is electrically conductive and covers only a part of a corresponding one of the piezoelectric ceramic layers 11 , In particular, each of the inner electrode layers has 13 a first end 131 that is to the side surface 151 of the ceramic laminate 15 extends, and a second end 132 that from the side surface 152 of the ceramic laminate 15 is reset by a predetermined distance inwardly. As a result, each of the inner electrode layers is 13 electrically with the side electrode 17 on the side surface 151 is connected while reliably from the side electrode 18 on the side surface 152 is provided, is isolated.
Andererseits
ist jede der Innenelektrodenschichten 14 ebenso elektrisch
leitfähig und bedeckt nur einen Teil einer Entsprechenden
der piezoelektrischen Keramikschichten 11. Insbesondere
besitzt jede der Innenelektrodenschichten 14 ein erstes
Ende 141, das sich zu der Seitenfläche 152 des
Keramiklaminats 15 erstreckt, und ein zweites Ende 142,
das von der Seitenfläche 151 des Keramiklaminats 15 um
die vorbestimmte Distanz nach innen gerichtet zurückgesetzt
ist. Folglich ist jede der Innenelektrodenschichten 14 elektrisch
mit der an der Seitenfläche 152 bereitgestellten
Seitenelektrode 18 verbunden, während diese zuverlässig
von der an der Seitenfläche 151 bereitgestellten
Seitenelektrode 17 isoliert ist.On the other hand, each of the inner electrode layers 14 also electrically conductive and covers only a part of a corresponding one of the piezoelectric ceramic layers 11 , In particular, each of the inner electrode layers has 14 a first end 141 that is to the side surface 152 of the ceramic laminate 15 extends, and a second end 142 that from the side surface 151 of the ceramic laminate 15 is reset by the predetermined distance directed inwards. As a result, each of the inner electrode layers is 14 electrically with the on the side surface 152 provided side electrode 18 connected while reliably from the on the side surface 151 provided side electrode 17 is isolated.
Weiterhin
sind die Innenelektrodenschichten 13 abwechselnd mit den
Innenelektrodenschichten 14 in der Laminierrichtung (oder
der Längsrichtung) des Keramiklaminats 15 angeordnet.Furthermore, the inner electrode layers 13 alternating with the inner electrode layers 14 in the laminating direction (or the longitudinal direction) of the ceramic laminate 15 arranged.
Das
Keramiklaminat 15 umfasst weiterhin eine Vielzahl von Schlitzen 12,
wobei jeder davon von der Außenoberfläche 150 des
Keramiklaminats 15 um eine vorbestimmte Tiefe H von beispielsweise
0,6 mm zurückgesetzt ist.The ceramic laminate 15 further includes a plurality of slots 12 , each one of them from the outside surface 150 of the ceramic laminate 15 is reset by a predetermined depth H of, for example, 0.6 mm.
Weiterhin
gilt insbesondere, dass sich jeder der Schlitze 12 in der
Umfangsrichtung des Keramiklaminats 15 erstreckt, um den
Gesamtumfang des Keramiklaminats 15 einzunehmen. Weiterhin
ist jeder der Schlitze 12 derart in der Laminierrichtung
des Keramiklaminats 15 positioniert, dass sich keine der
Innenelektrodenschichten 13 und 14 zu einer Innenwand 123 des
Keramiklaminats 15 erstreckt, die den Schlitz 12 definiert. Weiterhin
sind die Schlitze 12 in der Laminierrichtung des Keramiklaminats 15 bei
vorbestimmten Intervallen D von beispielsweise 0,88 mm beabstandet.Furthermore, it is especially true that each of the slots 12 in the circumferential direction of the ceramic laminate 15 extends to the total perimeter of the ceramic laminate 15 take. Furthermore, each of the slots 12 such in the laminating direction of the ceramic laminate 15 positioned so that none of the inner electrode layers 13 and 14 to an inner wall 123 of the ceramic laminate 15 that extends the slot 12 Are defined. Furthermore, the slots 12 in the laminating direction of the ceramic laminate 15 spaced at predetermined intervals D of, for example, 0.88 mm.
Weiterhin
gilt mit Bezugnahme auf 3, dass jeder der Schlitze 12 zunehmend
von dessen Öffnung 121 an der Außenoberfläche 150 des
Keramiklaminats 15 zu dessen Unterseite 122 verschmälert
ist. Weiterhin gilt insbesondere, dass die folgende Abmessungsbeziehung
erfüllt ist: 0,05 ≤ W2/W1 ≤ 0,8, (1)wobei W1
bzw. W2 die Breiten von jedem der Schlitze 12 an der Öffnung 121 und
an einer sich von der Unterseite 122 um 30 μm
weg befindlichen Position darstellen.Furthermore, with reference to 3 that each of the slots 12 increasingly from its opening 121 on the outside surface 150 of the ceramic laminate 15 to its bottom 122 is narrowed. Furthermore, it is especially true that the following dimensional relationship is fulfilled: 0.05 ≤ W2 / W1 ≤ 0.8, (1) where W1 and W2 are the widths of each of the slots 12 at the opening 121 and at one of the bottom 122 represent a position 30 μm away.
Zusätzlich
betragen die Breiten W1 und W2 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
7 μm bzw. 3 μm.additionally
The widths W1 and W2 are in the present embodiment
7 μm or 3 μm.
Nun
gilt mit Bezugnahme auf 4, dass in jedem der Schlitze 12 zwei
Harzisolatoren 19 bereitgestellt sind, um die Seitenelektroden 17 und 18 voneinander
elektrisch zu isolieren. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
besitzen die zwei Harzisolatoren 19 eine größere
Breite in der Umfangsrichtung des Keramiklaminats 15 als
die Seitenelektroden 17 und 18, und sind in der
Umfangsrichtung angeordnet, um jeweils diese Abschnitte der Seitenelektroden 17 und 18 zu
bedecken, die in den Schlitz 12 hereinragen.Now, with reference to 4 that in each of the slots 12 two resin insulators 19 are provided to the side electrodes 17 and 18 electrically isolate each other. In the present embodiment, the two resin insulators 19 a larger width in the circumferential direction of the ceramic laminate 15 as the side electrodes 17 and 18 , and are arranged in the circumferential direction to each of these portions of the side electrodes 17 and 18 to cover that in the slot 12 in project.
Als
Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des vorstehend
beschriebenen laminierten piezoelektrischen Elements 1 beschrieben.Next, a method for producing the above-described laminated piezoelectric trical element 1 described.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren
zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elements 1 einen
Grünlingsblatt-Bildungsschritt, einen Schritt zum Ausbilden
von Elektroden-Schichtbildungsblättern, einen Schritt des
Ausbildens eines Schlitz-Bildungsblattes, einen Thermokompressions-Verbindungsschritt,
einen Laminat-Abtrennschritt, einen Abbrennschritt, einen Isolierharz-Anwendungsschritt,
einen Isolierharz-Aufbringschritt und einen Isolierharz-Aushärteschritt.In the present embodiment, the method of manufacturing the laminated piezoelectric element 1 a green sheet forming step, an electrode layer forming sheet forming step, a slit forming sheet forming step, a thermocompression bonding step, a laminate separating step, a baking step, an insulating resin applying step, an insulating resin applying step, and an insulating resin hardening step ,
Grünlings-BlattbildungGreen body-sheet formation
Zunächst
werden Rohmaterialpulver von Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), das eine
piezoelektrische Keramik ist, vorbereitet. Insbesondere werden als
Ausgangsmaterialien Pulver von Pb3O4, SrCO3, ZrO2, TiO2, Y2O3 und Nb2O5 vorbereitet und
im stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, um
PbZrO3-PbTi O3Pb(Y1/2Nb1/2) O3 zu bilden. Anschließend werden
die Pulver nass gemischt und bei 850°C für 5 Stunden
gebrannt, um ein Pulvergemisch zu bilden.First, raw material powders of lead zirconate titanate (PZT), which is a piezoelectric ceramic, are prepared. In particular, SrCO 3, ZrO 2, TiO 2, Y 2 O 3 and Nb 2 O are used as starting materials, powders of Pb 3 O 4, prepared 5 and weighed in a stoichiometric ratio to PbZrO 3 -PbTi O 3 Pb (Y 1/2 Nb 1/2 ) to form O 3 . Subsequently, the powders are wet mixed and fired at 850 ° C for 5 hours to form a powder mixture.
Als
Nächstes wird das Pulvergemisch mit Hilfe einer Perlmühle
nassgemahlen und getrocknet, um einen Partikeldurchmesser (D50-Wert) von 0,7 ± 0,05 μm
aufzuweisen. Anschließend werden dem Pulvergemisch ein
Lösungsmittel, ein Binder, ein Weichmacher und ein Dispersionsmittel
beigefügt, und mit Hilfe einer Kugelmühle vermischt,
um eine Schlämme zu bilden. Anschließend wird
die Schlämme vakuumentgast und dessen Viskosität
angepasst, während diese mit Hilfe eines Rührers
innerhalb einer Vakuumvorrichtung verrührt wird.Next, the powder mixture is wet milled by means of a bead mill and dried to have a particle diameter (D 50 value) of 0.7 ± 0.05 μm. Subsequently, a solvent, a binder, a plasticizer and a dispersing agent are added to the mixed powder, and mixed by means of a ball mill to form a slurry. Subsequently, the slurry vacuum consumer and its viscosity is adjusted while it is stirred with the aid of a stirrer within a vacuum device.
Weiterhin
wird der Brei mit einem Rakelverfahren auf einen Trägerfilm
aufgebracht, um ein langes Grünlingsblatt ("green sheet")
mit einer Dicke von beispielsweise 80 μm zu bilden. Das
lange Grünlingsblatt wird mit einer Schneidevorrichtung
in eine Vielzahl von Grünlingsblättern 110 mit
einer wie in den 5–7 gezeigten
vorbestimmten Größe geschnitten.Further, the slurry is applied to a carrier film by a doctor blade method to form a green sheet having a thickness of, for example, 80 μm. The long green leaf is cut with a cutter into a variety of green leaves 110 with a like in the 5 - 7 cut shown predetermined size.
Zusätzlich
sollte es verstanden sein, dass die Grünlingsblätter 110 ebenso
durch andere Verfahren hergestellt sein können, wie etwa
Strangpressen.In addition, it should be understood that the green sheets 110 may also be made by other methods, such as extrusion.
Bilden der Elektrodenschicht-BildungsblätterForming the electrode layer forming sheets
Mit
Bezugnahme auf 5 weist eines der Grünlingsblätter 110,
das zum Bilden der Innenelektrodenschichten 13 des laminierten
piezoelektrischen Elements 1 verwendet wird, eine Vielzahl
von Druckregionen 41 mit dazwischen bereitgestellten Abständen 42 auf.
Ein Elektrodenmaterial 130 wird auf jede der Druckregionen 41 aufgedruckt,
wodurch ein erstes Elektrodenschicht-Bildungsblatt 31 gebildet
wird. Darüber hinaus gilt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel,
dass das Elektrodenmaterial 130 derart auf jede der Druckregionen 41 aufgebracht
wird, um nur an einer Seite (d. h., in 5 der linken
Seite) der Druckregion 41 freizuliegen. Bei einem solchen
Aufbringen des Elektrodenmaterials 130 wird in dem resultierenden
laminierten piezoelektrischen Element 1 jede der Innenelektrodenschichten 13 an
der Seitenfläche 151 des Keramiklaminats 15 freiliegen.With reference to 5 has one of the green leaves 110 used to form the internal electrode layers 13 of the laminated piezoelectric element 1 used, a variety of printing regions 41 with intervals provided in between 42 on. An electrode material 130 is on each of the print regions 41 printed, thereby forming a first electrode layer forming sheet 31 is formed. Moreover, in the present embodiment, the electrode material 130 so on each of the print regions 41 is applied to only one side (ie, in 5 the left side) of the print region 41 be exposed. In such an application of the electrode material 130 becomes in the resulting laminated piezoelectric element 1 each of the inner electrode layers 13 on the side surface 151 of the ceramic laminate 15 exposed.
Andererseits
gilt mit Bezugnahme auf 6, dass eines der Grünlingsblätter 110,
das zum Bilden der Innenelektrodenschichten 14 des laminierten
piezoelektrischen Elements 1 verwendet wird, eine Vielzahl
von Druckregionen 41 mit dazwischen bereitgestellten Abständen 42 aufweist.
Ein Elektrodenmaterial 140 wird auf jede der Druckregionen 41 aufgedruckt,
wodurch ein zweites Elektrodenschicht-Bildungsblatt 32 gebildet
wird. Darüber hinaus wird das Elektrodenmaterial 41 in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart auf jede der gedruckten
Regionen 41 aufgebracht, um an drei Seiten (d. h., der
Vorder-, Rückseite und den rechten Seiten in 6)
der Druckregion 41 freizuliegen. Bei solch einem Aufbringen
des Elektrodenmaterials 140 gilt in dem entstehenden laminierten
piezoelektrischen Element 1, dass jede der Innenelektrodenschichten 14 nicht
nur an der Seitenfläche 152 des Keramiklaminats 15 freiliegt,
sondern ebenso an anderen Abschnitten der Außenoberfläche 150 des
Keramiklaminats 15 als die Seitenflächen 151 und 152.On the other hand, with reference to 6 that one of the green sheets 110 used to form the internal electrode layers 14 of the laminated piezoelectric element 1 used, a variety of printing regions 41 with intervals provided in between 42 having. An electrode material 140 is on each of the print regions 41 imprinted, thereby forming a second electrode layer forming sheet 32 is formed. In addition, the electrode material becomes 41 in the present embodiment, to each of the printed regions 41 Applied to three sides (ie, the front, back and right sides in 6 ) of the print region 41 be exposed. In such an application of the electrode material 140 applies in the resulting laminated piezoelectric element 1 in that each of the inner electrode layers 14 not only on the side surface 152 of the ceramic laminate 15 exposed, but also on other sections of the outer surface 150 of the ceramic laminate 15 as the side surfaces 151 and 152 ,
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen beide Elektrodenmaterialien 130 und 140 aus
einer Ag/Pd-Legierung in der Form einer Paste.In the present embodiment, both electrode materials exist 130 and 140 from an Ag / Pd alloy in the form of a paste.
Zusätzlich
sollte verstanden sein, dass die Elektrodenmaterialien 130 und 140 ebenso
aus anderen Metallen bestehen können, wie etwa reines Ag,
reines Pb, reines Cu, reines Ni oder einer Cu/Ni-Legierung.In addition, it should be understood that the electrode materials 130 and 140 may also consist of other metals, such as pure Ag, pure Pb, pure Cu, pure Ni or a Cu / Ni alloy.
Bilden eines SchlitzbildungsblattesForming a slit forming sheet
Mit
Bezugnahme auf 7 weist eines der Grünlingsblätter 110,
das zum Bilden der Schlitze 12 des laminierten piezoelektrischen
Elements 1 verwendet wird, eine Vielzahl von Druckregionen 41 mit
dazwischen bereitgestellten Abständen 42 auf.
Ein Schlitzbildungsmaterial 120, das in dem nachfolgenden
Abbrennschritt abzubrennen ist, um den Schlitz 12 zu bilden,
wird auf jede der Druckregionen 41 aufgedruckt, wodurch
ein Schlitzbildungsblatt 43 gebildet wird.With reference to 7 has one of the green leaves 110 that to make the slots 12 of the laminated piezoelectric element 1 used, a variety of printing regions 41 with intervals provided in between 42 on. A slit forming material 120 which is to be burned in the subsequent firing step to the slot 12 to form, is on each of the printing regions 41 imprinted, creating a slit forming sheet 43 is formed.
Zusätzlich
ist das Schlitzbildungsmaterial 120 auf dem Schlitzbildungsblatt 33 in
einem rechteckigen Ring in jeder der gedruckten Regionen 41 ausgebildet.
Weiterhin, um die Abmessungsbeziehung (1) in dem entstehenden laminierten
piezoelektrischen Element 1 zu gewährleisten,
wird ein Abgleichsprozess für jeden der durch das Schlitzbildungsmaterial 120 gebildeten
Ring durchgeführt, wodurch die innere Umgebung von jedem
der Ringe, wie in 8 gezeigt, in eine Gebirgskammlinie
geformt wird.In addition, the slit forming material 120 on the slit forming sheet 33 in a rectangular ring in each of the printed regions 41 educated. Further, the dimensional relationship (1) in the resulting laminated piezoelectric element 1 to ensure a matching process for each of the slit forming material 120 formed ring, whereby the inner environment of each of the rings, as in 8th Shown in a mountain ridge line.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Schlitzbildungsmaterial 120 aus
Kohlenstoffpartikeln, um so die Hitzedeformation des Schlitzbildungsmaterials 120 zu
minimieren und die Abmessungsgenauigkeit der entstehenden Schlitze 12 zu
maximieren.In the present embodiment, the slit forming material is made 120 of carbon particles so as to heat-deform the slit forming material 120 to minimize and the dimensional accuracy of the resulting slots 12 to maximize.
Es
sollte verstanden sein, dass das Schlitzbildungsmaterial 120 ebenso
aus anderen Materialien bestehen kann, wie etwa carbonisierten organischen
Partikeln. Weiterhin können die carbonisierten organischen Partikel
entweder durch Carbonisieren von organischen Partikeln oder durch
Mahlen eines carbonisierten organischen Materials in Partikel erhalten
werden. Weiterhin kann das organische Material aus entweder einem Polymermaterial,
wie etwa Acrylharz, oder einem Getreide, wie etwa Mais, Sojabohnen
oder Weizen, bestehen. Bei der Verwendung der carbonisierten organischen
Partikeln ist es möglich, die Herstellungskosten des laminierten
piezoelektrischen Elements 1 zu reduzieren.It should be understood that the slit forming material 120 can also consist of other materials, such as carbonized organic particles. Furthermore, the carbonized organic particles can be obtained either by carbonizing organic particles or by grinding a carbonized organic material into particles. Furthermore, the organic material may consist of either a polymeric material, such as acrylic resin, or a cereal, such as corn, soybean or wheat. By using the carbonized organic particles, it is possible to reduce the manufacturing cost of the laminated piezoelectric element 1 to reduce.
Es
sollte ebenso verstanden sein, dass die Schlitze 12 ebenso
durch andere Verfahren hergestellt werden können, wie etwa
einer spanenden Bearbeitung des Keramiklaminats 15 nach
dem Abbrennschritt.It should also be understood that the slots 12 can also be produced by other methods, such as a machining of the ceramic laminate 15 after the burning off step.
Thermokompressions-VerbindenThermocompression bonding
Mit
Bezugnahme auf 9 werden eine Vielzahl von ersten
Elektrodenschicht-Bildungsblättern 31, eine Vielzahl
von zweiten Elektrodenschicht-Bildungsblättern 32 und
eine Vielzahl von Schlitzbildungsblättern 33 in
einem vorbestimmten Ablauf zusammen laminiert, wobei die entsprechenden
Druckregionen 41 der Blätter 31, 32 und 33 in
der Laminierrichtung ausgerichtet sind. Darüber hinaus
werden die ersten Elektrodenschicht-Bildungsblätter 31 abwechselnd
mit den zweiten Elektrodenschicht-Bildungsblättern 32 laminiert,
und die Schlitzbildungsblätter 33 werden in Positionen
zwischen den ersten und zweiten Elektrodenschicht-Bildungsblättern 31 und 32 eingefügt,
wo die Schlitze 12 auszubilden sind.With reference to 9 become a plurality of first electrode layer forming sheets 31 , a plurality of second electrode layer forming sheets 32 and a plurality of slit forming sheets 33 laminated together in a predetermined sequence, the corresponding pressure regions 41 the leaves 31 . 32 and 33 aligned in the laminating direction. In addition, the first electrode layer formation sheets become 31 alternating with the second electrode layer forming sheets 32 laminated, and the slit forming sheets 33 become positions between the first and second electrode layer forming sheets 31 and 32 inserted where the slots 12 are to be trained.
Insbesondere
gilt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass die
Gesamtanzahl der abwechselnd laminierten ersten und zweiten Elektrodenschicht-Bildungsblätter 31 und 32, 59 beträgt.
Weiterhin beträgt die Anzahl der ersten und zweiten Elektrodenschicht-Bildungsblätter 31 und 32,
die zwischen jedem benachbarten Paar von Schlitzbildungsblättern 33 bereitgestellt
sind, 11. An der Oberseite und der Unterseite der Gesamtheit der
laminierten Blätter 31, 32 und 33 sind
weiterhin jeweils zwei Grünlingsblätter 110 laminiert,
wobei keines davon die Elektrodenmaterialien 130 und 140 und
das Schlitzbildungsmaterial 120 darauf aufgedruckt hat. Weiterhin
gilt, wie zuvor beschrieben, dass das Elektrodenmaterial 130 an
den linken Seiten der Druckregionen 41 an jedem der ersten
Elektrodenschicht-Bildungsblätter 31 freiliegt,
wobei das Elektrodenmaterial 140 an den rechten Seiten
der Druckregionen 41 auf jedem der zweiten Elektrodenschicht-Bildungsblätter 32 freiliegt.In particular, in the present embodiment, the total number of the alternately laminated first and second electrode layer formation sheets 31 and 32 . 59 is. Furthermore, the number of first and second electrode layer formation sheets is 31 and 32 between each adjacent pair of slit forming sheets 33 11. At the top and bottom of the entirety of the laminated sheets 31 . 32 and 33 are still each two green sheets 110 none of them being the electrode materials 130 and 140 and the slit forming material 120 printed on it. Furthermore, as previously described, the electrode material 130 on the left sides of the print regions 41 at each of the first electrode layer forming sheets 31 exposed, wherein the electrode material 140 on the right side of the print regions 41 on each of the second electrode layer forming sheets 32 exposed.
Alle
laminierten Blätter 31, 32 und 33 werden
in der Laminierrichtung bei einem Druck von 50 MPa komprimiert,
während diese bei einer Temperatur von 100°C aufgeheizt
werden, wodurch ein Vorstufenlaminat 100 gebildet wird.All laminated sheets 31 . 32 and 33 are compressed in the laminating direction at a pressure of 50 MPa while being heated at a temperature of 100 ° C, thereby forming a precursor laminate 100 is formed.
Es
sollte angemerkt sein, dass aufgrund der Vereinfachung das Vorstufenlaminat 100 in 9 dargestellt
ist, das nur eine kleinere Anzahl der Blätter 31, 32 und 33 aufweist,
als dieses tatsächlich umfasst.It should be noted that due to the simplification of the precursor laminate 100 in 9 is shown that only a smaller number of leaves 31 . 32 and 33 than it actually comprises.
Laminat-AbtrennenLaminate cutting
Mit
Bezugnahme auf die 10–12 wird
das Vorstufenlaminat 100 in der Laminierrichtung entlang
der Abrennlinien 43 abgetrennt, wodurch eine Vielzahl von
Zwischenlaminaten 10 gebildet werden.With reference to the 10 - 12 becomes the precursor laminate 100 in the laminating direction ent long of the cut-off lines 43 separated, creating a variety of intermediate laminates 10 be formed.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Vorstufenlaminat 100 jedes
Mal nur einmal von dem Vorstufenlaminaten 100 abgetrennt,
wodurch die Elektrodenmaterialien 130 und 140 sowie
das Schlitzbildungsmaterial 130 an den entsprechenden Seitenflächen
des Vorstufenlaminats 100 freiliegen. Es sollte verstanden
sein, dass das Vorstufenlaminat 100 ebenso jedes Mal zweimal
oder mehrere Male aus den Vorstufenlaminaten 100 abgetrennt
werden kann.In the present embodiment, the precursor laminate becomes 100 each time only from the precursor laminates 100 separated, causing the electrode materials 130 and 140 as well as the slit forming material 130 on the corresponding side surfaces of the precursor laminate 100 exposed. It should be understood that the precursor laminate 100 each time twice or more times from the precursor laminates 100 can be separated.
Zusätzlich
sollte angemerkt sein, dass aufgrund der Vereinfachung das Vorstufenlaminat 100 oder
die Zwischenlaminate 10 in den 11 und 12 dargestellt sind,
dass diese eine kleinere Anzahl von Blättern 31, 32 und 33 aufweisen,
als diese tatsächlich umfassen.In addition, it should be noted that due to the simplification of the precursor laminate 100 or the intermediate laminates 10 in the 11 and 12 are shown that these are a smaller number of leaves 31 . 32 and 33 than they actually comprise.
Abbrennenburn down
Das
Zwischenlaminat 10 wird, wie in 12 gezeigt,
aufgeheizt und entfettet, wodurch mehr als 90% des Bindeharzes,
das in den Grünlingsblättern 110 enthalten
ist, entfernt wird. Das Aufheizen wird auf eine solche Weise durchgeführt,
dass die Temperatur des Zwischenlaminats 10 allmählich
für 80 Stunden auf 500°C erhöht wird,
und dann für 5 Stunden bei 500°C beibehalten wird.The intermediate laminate 10 will, as in 12 shown, heated and degreased, leaving more than 90% of the binder resin in the green sheets 110 contained is removed. The heating is carried out in such a way that the temperature of the intermediate laminate 10 is gradually increased to 500 ° C for 80 hours, and then maintained at 500 ° C for 5 hours.
Anschließend
wird das Zwischenlaminat 10 auf eine solche Weise abgebrannt,
dass die Temperatur des Zwischenlaminats 10 allmählich
auf 1 050°C für 12 Stunden erhöht wird,
für 2 Stunden bei 1 050°C beibehalten wird, und
dann allmählich vermindert wird.Subsequently, the intermediate laminate 10 burned in such a way that the temperature of the intermediate laminate 10 is gradually increased to 1 050 ° C for 12 hours, maintained for 2 hours at 1 050 ° C, and then gradually reduced.
Als
eine Folge wird ein Keramiklaminat 15 erhalten, das eine
Vielzahl von Schlitzen 12 enthält, die durch Abbrennen
des Schlitzbildungsmaterials 120 gebildet werden, die in
dem Zwischenlaminat 10 in dem Abbrennschritt enthalten
sind. Darüber hinaus werden in dem Keramiklaminat 15 eine
Vielzahl von piezoelektrischen Keramikschichten 11, die
durch Sintern des Grünlingsblattes 110 in dem
Abbrennschritt gebildet werden, nacheinander in der Laminierrichtung
mit einer Vielzahl von Innenelektrodenschichten 13 und 14,
die aus den Elektrodenmaterialien 130 und 140 bestehen,
angeordnet.As a result, a ceramic laminate 15 get that a lot of slots 12 by burning the slit forming material 120 formed in the intermediate laminate 10 contained in the burning-off step. In addition, in the ceramic laminate 15 a plurality of piezoelectric ceramic layers 11 by sintering the green sheet 110 in the baking step, successively in the laminating direction with a plurality of internal electrode layers 13 and 14 made from the electrode materials 130 and 140 exist, arranged.
Weiterhin
wird das Keramiklaminat 15 an dessen vier Ecken abgeschrägt,
wobei die vier in 1 gezeigten Fasen 161–164 entstehen.
Folglich besitzt das Keramiklaminat 15 einen achteckigen
Querschnitt senkrecht zu der Laminierrichtung.Furthermore, the ceramic laminate 15 Beveled at the four corners, the four in 1 shown chamfers 161 - 164 arise. Consequently, the ceramic laminate has 15 an octagonal cross section perpendicular to the laminating direction.
Als
Nächstes wird das Keramiklaminat 15 entlang dessen
gesamten äußeren Oberfläche 150 auf
eine Größe von 6 mm (Länge) × 6
mm (Breite) × 4,8 mm (Höhe) abgeschliffen. Anschließend
wird eine Ag-Paste an beiden der Seitenflächen 151 und 152 des
Keramiklaminats 15 aufgebracht und eingebrannt, um die
Seitenelektroden 17 und 18 zu bilden. Folglich
werden alle Innenelektrodenschichten 13 elektrisch nur
mit der Seitenelektrode 17 verbunden, wohingegen alle Innenelektrodenschichten 14 jeweils
mit der Seitenelektrode 18 elektrisch verbunden sind.Next is the ceramic laminate 15 along its entire outer surface 150 ground to a size of 6 mm (length) × 6 mm (width) × 4.8 mm (height). Subsequently, an Ag paste is applied to both of the side surfaces 151 and 152 of the ceramic laminate 15 applied and baked to the side electrodes 17 and 18 to build. Consequently, all inner electrode layers become 13 electrically only with the side electrode 17 whereas all internal electrode layers 14 each with the side electrode 18 are electrically connected.
Anschließend
wird an jede der Seitenelektroden 17 und 18 ein
Zuleitungsdraht oder eine maschenartige Elektrodenplatte (nicht
gezeigt) über ein elektrisch leitendes Harz oder durch
Löten verbunden.Subsequently, to each of the side electrodes 17 and 18 a lead wire or a mesh-like electrode plate (not shown) connected via an electrically conductive resin or by soldering.
Als
eine Folge wird ein laminiertes piezoelektrisches Element 1 ohne
die Harzisolatoren 19 erhalten.As a result, a laminated piezoelectric element 1 without the resin insulators 19 receive.
Anbringen eines isolierenden
HarzesAttaching an insulating
resin
Wiederum
bezugnehmend auf 4 wird ein elektrisch isolierendes
Harz mit Hilfe eines Dispensers in die Öffnung 121 von
jedem der Schlitze 12, die in der äußeren
Oberfläche 150 des Keramiklaminats 15 ausgebildet
sind, eingebracht.Referring again to 4 is an electrically insulating resin by means of a dispenser in the opening 121 from each of the slots 12 that are in the outer surface 150 of the ceramic laminate 15 are trained, introduced.
Anbringen von isolierendem
HarzAttaching insulating
resin
Das
Keramiklaminat 15 wird durch Anlegen einer vorbestimmten
Spannung betrieben, um sich in der Laminierrichtung auszudehnen
und zusammenzuziehen. Wenn sich das Keramiklaminat 15 in
einem ausgedehnten Zustand befindet, ist jeder der Schlitze 12 in
der Laminierrichtung um 0,5 μm erweitert, wie anhand der
gestrichelten Linien in 13 veranschaulicht
ist. Mit einem wiederholten Ausdehnen/Zusammenziehen des Keramiklaminats 15 wird
das Volumen von jedem der Schlitze 12 wiederholt vergrößert
und verkleinert, was einen Pumpeffekt erzeugt, durch den das isolierende
Harz in jeden der Schlitze 12 fließt, um gewünschte Regionen
in jedem der Schlitze 12 einzunehmen. Hier bezeichnen die
gewünschten Regionen jene Regionen, in denen das isolierende
Harz solche Abschnitte der Seitenelektroden 17 und 18 bedecken
kann, die zu dem Schlitz 12 hin offen liegen.The ceramic laminate 15 is operated by applying a predetermined voltage to expand and contract in the laminating direction. When the ceramic laminate 15 is in an expanded state, each of the slots 12 in the lamination direction expanded by 0.5 microns, as indicated by the dashed lines in 13 is illustrated. With repeated expansion / contraction of the ceramic laminate 15 becomes the volume of each of the slots 12 repeatedly increased and decreased, which creates a pumping effect, through which the insulating resin in each of the slots 12 flows to desired Regions in each of the slots 12 take. Here, the desired regions denote those regions in which the insulating resin has such portions of the side electrodes 17 and 18 can cover that to the slot 12 lying open.
Zusätzlich
wird der vorstehende Dispensierschritt simultan mit einem Vakuumentgasen
des isolierenden Harzes durchgeführt.additionally
For example, the above dispensing step becomes simultaneous with a vacuum degassing
of the insulating resin.
Aushärten von isolierendem
HarzCuring of insulating
resin
Das
in jedem der Schlitze 12 des Keramiklaminats 12 eingebrachte
isolierende Harz wird durch Aufheizen ausgehärtet. Als
eine Folge werden zwei Harzisolatoren 19 in jedem der Schlitze 12 gebildet,
wie in 4 gezeigt.That in each of the slots 12 of the ceramic laminate 12 introduced insulating resin is cured by heating. As a result, two resin insulators 19 in each of the slots 12 formed as in 4 shown.
Zusätzlich
wird der vorstehende Aushärtungsschritt durchgeführt,
wenn das Keramiklaminat 15 in dem Schritt des Anbringens
des isolierenden Harzes kontinuierlich betrieben wird.In addition, the above curing step is performed when the ceramic laminate 15 in the step of attaching the insulating resin is continuously operated.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das isolierende
Harz zum Bilden der Harzisolatoren 19 aus Siliconharz der
wärmeaushärtenden Art. Es sollte verstanden sein,
dass das isolierende Harz ebenso aus anderen Harzen bestehen kann,
wie etwa hochhitzeresistentem Urethanharz oder einem Fluorsiliconharz.In the present embodiment, the insulating resin is for forming the resin insulators 19 It should be understood that the insulating resin may also consist of other resins, such as high-temperature resistant urethane resin or a fluorosilicone resin.
Durch
Durchführen der vorstehend beschriebenen Schritte wird
das in den 1–4 gezeigte
laminierte piezoelektrische Element 1 erhalten. Es sollte
angemerkt sein, dass zum Zwecke der Vereinfachung das laminierte
piezoelektrische Element 1 in den 1 und 2 nur
mit einer kleineren Anzahl der Schichten 11, 13 und 14 angedeutet
ist, als diese tatsächlich umfasst.By performing the above-described steps, this is incorporated into the 1 - 4 shown laminated piezoelectric element 1 receive. It should be noted that for the sake of simplicity, the laminated piezoelectric element 1 in the 1 and 2 only with a smaller number of layers 11 . 13 and 14 is implied than this actually includes.
Das
laminierte piezoelektrische Element 1 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die folgenden Vorteile
auf.The laminated piezoelectric element 1 According to the present embodiment, the following advantages.
In
dem laminierten piezoelektrischen Element 1 umfasst das
Keramiklaminat 15 die Vielzahl von Schlitzen 12,
wobei jeder davon von der äußeren Oberfläche 150 des
Keramiklaminats 15 um die vorbestimmte Tiefe H zurückgesetzt
ist. Jeder der Schlitze 12 erstreckt sich in der Umfangsrichtung
des Keramiklaminats 15, um den Gesamtumfang des Keramiklaminats 15 einzunehmen.
Weiterhin ist jeder der Schlitze 12 in der Laminierrichtung
des Keramiklaminats 12 derart positioniert, dass keine
der Innenelektrodenschichten 13 und 14 an der
inneren Wand 123 des Keramiklaminats 15, das den
Schlitz 12 definiert, freiliegt. Weiterhin sind in jedem
der Schlitze 12 zwei Harzisolatoren 19 bereitgestellt,
um die Seitenelektroden 17 und 18 voneinander elektrisch
zu isolieren.In the laminated piezoelectric element 1 includes the ceramic laminate 15 the variety of slots 12 each one of which is from the outer surface 150 of the ceramic laminate 15 is reset by the predetermined depth H. Each of the slots 12 extends in the circumferential direction of the ceramic laminate 15 to the total extent of the ceramic laminate 15 take. Furthermore, each of the slots 12 in the laminating direction of the ceramic laminate 12 positioned so that none of the inner electrode layers 13 and 14 on the inner wall 123 of the ceramic laminate 15 that the slot 12 defined, exposed. Furthermore, in each of the slots 12 two resin insulators 19 provided to the side electrodes 17 and 18 electrically isolate each other.
D.
h., dass zu jedem der Schlitze 12 beide der Seitenelektroden 17 und 18 freiliegen.
Jedoch wird die Verbindung zwischen den freiliegenden Abschnitten
der Seitenelektroden 17 und 18 über den
Schlitz 12 durch die zwei Harzisolatoren 19, die
in dem Schlitz 12 angebracht sind, blockiert.That is, to each of the slots 12 both of the side electrodes 17 and 18 exposed. However, the connection between the exposed portions of the side electrodes becomes 17 and 18 over the slot 12 through the two resin insulators 19 that in the slot 12 are attached, blocked.
Folglich
wird eine Migration des Elektrodenmaterials (d. h., des Materials,
aus dem die Seitenelektroden 17 und 18 bestehen)
zwischen den Seitenelektroden 17 und 18 über
den Schlitz 12 durch die zwei in dem Schlitz 12 angebrachten
Harzisolatoren 19 verhindert werden.Consequently, migration of the electrode material (ie, the material from which the side electrodes 17 and 18 exist) between the side electrodes 17 and 18 over the slot 12 through the two in the slot 12 attached resin insulators 19 be prevented.
Mit
anderen Worten gilt, dass mit den beiden Harzisolatoren 19 es
möglich ist, die Migration des Elektrodenmaterials zwischen
den Seitenelektroden 17 und 18 entlang des in 14 angedeuteten
Pfads K1 zu blockieren, um dadurch ein Verschlechtern der Isoliereigenschaften
des laminierten piezoelektrischen Elements 1 und das Auftreten
einer Fehlfunktion (z. B. eines Kurzschlusses) in dem laminierten
piezoelektrischen Element zu verhindern.In other words, that with the two resin insulators 19 it is possible to migrate the electrode material between the side electrodes 17 and 18 along the in 14 indicated path K1, thereby deteriorating the insulating properties of the laminated piezoelectric element 1 and to prevent the occurrence of a malfunction (eg, a short circuit) in the laminated piezoelectric element.
Als
eine Folge ist es möglich, gute Isoliereigenschaften des
laminierten piezoelektrischen Elements 1 sicherzustellen,
und sowohl die Haltbarkeit als auch die Zuverlässigkeit
des laminierten piezoelektrischen Elements 1 zu verbessern.As a result, it is possible to have good insulating properties of the laminated piezoelectric element 1 and both the durability and the reliability of the laminated piezoelectric element 1 to improve.
Weiterhin
sind in dem laminierten piezoelektrischen Element 1 jeder
der Schlitze 12 fortschreitend von dessen Öffnung 121 an
der Außenoberfläche 151 des Keramiklaminats 15 zu
dessen Unterseite 122 verschmälert. Weiterhin
ist die Abmessungsbeziehung von (0,05 ≤ W2/W1 ≤ 0,8)
erfüllt, wobei W1 bzw. W2 die Breiten von jedem der Schlitze 12 an
der Öffnung 121 und an einer sich von der Unterseite 122 um
30 μm weg befindlichen Position darstellen.Furthermore, in the laminated piezoelectric element 1 each of the slots 12 progressing from its opening 121 on the outside surface 151 of the ceramic laminate 15 to its bottom 122 narrowed. Further, the dimensional relation of (0.05 ≦ W2 / W1 ≦ 0.8) is satisfied, where W1 and W2 are the widths of each of the slots 12 at the opening 121 and at one of the bottom 122 represent a position 30 μm away.
Mit
dem vorstehenden Aufbau der Schlitze 12 ist es für
das isolierende Harz leicht, in die Schlitze 12 zu fließen,
um die Harzisolatoren 19 zu bilden, wodurch der Anbringschritt
von isolierendem Harz bei der Herstellung des laminierten piezoelektrischen
Elements 1 erleichtert wird.With the above construction of the slots 12 it is easy for the insulating resin, in the slots 12 to flow to the resin insulators 19 thereby forming the insulating resin mounting step in the production of the laminated piezoelectric element 1 is relieved.
Zusätzlich
gilt für jeden der Schlitze 12, dass wenn W2/W1
kleiner als 0,05 ist, jene Kristallkörner der piezoelektrischen
Keramikschichten 11, die in der Laminierrichtung durch
den Schlitz 12 voneinander getrennt sind, partiell in eine
Säulenform geändert werden und miteinander verbunden
werden. Folglich würde es für das isolierende
Harz schwer sein, in den Schlitz 12 zu fließen,
um die Harzisolatoren 19 zu bilden. Wenn andererseits W2/W1
größer als 0,8 wäre, würde es
schwierig sein, dass eine Kapillarwirkung in dem Schlitz 12 auftritt.
Folglich würde es ebenso für das isolierende Harz
schwer sein, in den Schlitz 12 zu fließen, um
die Harzisolatoren 19 zu bilden.In addition, for each of the slots 12 in that when W2 / W1 is smaller than 0.05, those crystal grains of the piezoelectric ceramic layers 11 passing through the slot in the lamination direction 12 are separated from each other, partially changed into a columnar shape and connected together. Consequently, it would be hard for the insulating resin to get into the slot 12 to flow to the resin insulators 19 to build. On the other hand, if W2 / W1 were greater than 0.8, it would be difficult for capillary action to be in the slot 12 occurs. Consequently, it would also be hard for the insulating resin to get into the slot 12 to flow to the resin insulators 19 to build.
In
dem laminierten piezoelektrischen Element 1 gilt für
jeden der Schlitze 12, dass die zwei Harzisolatoren 19 eine
größere Breite in der Umfangsrichtung des Keramiklaminats 15 aufweisen
als die Seitenelektroden 17 und 18, und in der
Umfangsrichtung angeordnet sind, um jeweils jene Abschnitte der
Seitenelektroden 17 und 18 zu bedecken, die an
dem Schlitz 12 freiliegen.In the laminated piezoelectric element 1 applies to each of the slots 12 that the two resin insulators 19 a larger width in the circumferential direction of the ceramic laminate 15 have as the side electrodes 17 and 18 , and arranged in the circumferential direction to respectively those portions of the side electrodes 17 and 18 to cover that at the slot 12 exposed.
Mit
dem vorstehenden Aufbau ist es für die zwei Harzisolatoren 19 möglich,
zuverlässiger die Migration des Elektrodenmaterials zwischen
den Seitenelektroden 17 und 18 über den
Schlitz 12 zu blockieren.With the above construction, it is for the two resin insulators 19 possible, more reliable the migration of the electrode material between the side electrodes 17 and 18 over the slot 12 to block.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen die Innenelektrodenschichten 13 nur
an den Seitenflächen 151 des Keramiklaminats 15 frei.
Andererseits liegen die Innenelektrodenschichten 14 nicht
an den Seitenflächen 151 des Keramiklaminats 15 frei,
sondern ebenso an den anderen Gebieten der äußeren
Oberfläche 151 des Keramiklaminats 15 als
die Seitenflächen 151 und 152. Folglich
würde ohne die Harzisolatoren 19, die in den Schlitzen 12 angebracht
sind, eine Migration des Elektrodenmaterials (d. h., des Materials,
aus dem die Seitenelektrode 17 und die Innenelektrodenschichten 14 hergestellt
sind) zwischen den Innenelektrodenschichten 14 und der
Seitenelektrode 17 entlang des in 14 angegebenen
Pfads K2 auftreten.In the present embodiment, the inner electrode layers are located 13 only on the side surfaces 151 of the ceramic laminate 15 free. On the other hand, the inner electrode layers are located 14 not on the side surfaces 151 of the ceramic laminate 15 free, but also on the other areas of the outer surface 151 of the ceramic laminate 15 as the side surfaces 151 and 152 , Consequently, without the resin insulators 19 in the slots 12 a migration of the electrode material (ie, the material from which the side electrode 17 and the inner electrode layers 14 are made) between the inner electrode layers 14 and the side electrode 17 along the in 14 specified path K2 occur.
Jedoch
ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich,
zuverlässig mit den Harzisolatoren 19 die Migration
des Elektrodenmaterials zwischen den Innenelektrodenschichten 14 und
der Seitenelektrode 17 zu verhindern.However, in the present embodiment, it is possible to reliably with the resin insulators 19 the migration of the electrode material between the inner electrode layers 14 and the side electrode 17 to prevent.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren
zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elements 1 den
Schritt des Anwendens von isolierendem Harz, den Schritt des Anbringens
des isolierenden Harzes und den Schritt des Aushärtens
des isolierenden Harzes.In the present embodiment, the method of manufacturing the laminated piezoelectric element 1 the step of applying insulating resin, the step of attaching the insulating resin, and the step of curing the insulating resin.
In
dem Schritt des Anbringens des isolierenden Harzes wird das Keramiklaminat 15 betrieben,
um sich wiederholt auszudehnen und zusammenzuziehen, wodurch verursacht
wird, dass das isolierende Harz in jeden der Schlitze 12 fließt,
um die gewünschten Regionen in jedem der Schlitze 12 einzunehmen.In the step of attaching the insulating resin, the ceramic laminate becomes 15 operated to repeatedly expand and contract, causing the insulating resin in each of the slots 12 flows to the desired regions in each of the slots 12 take.
D.
h., dass das wiederholte Ausdehnen/Zusammenziehen des Keramiklaminats 15 einen
Pumpeffekt produziert, durch den das isolierende Harz leicht und
zuverlässig in den gewünschten Regionen in jedem
der Schlitze 12 angebracht werden kann.That is, the repeated expansion / contraction of the ceramic laminate 15 produces a pumping effect by which the insulating resin easily and reliably in the desired regions in each of the slots 12 can be attached.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das isolierende
Harz nach dem Schritt des Anwendens des isolierenden Harzes vakuumentgast,
insbesondere in dem Schritt des Anbringens des isolierenden Harzes.In
In the present embodiment, the insulating
Resin after the step of applying the insulating resin vacuum degasser,
in particular, in the step of attaching the insulating resin.
Durch
Vakuumentgasen des isolierenden Harzes wird es möglich,
Luft (oder Löcher), die in dem isolierenden Harz enthalten
sind, zu reduzieren, wodurch ermöglicht wird, dass das
isolierende Harz leichter in jeden der Schlitze 12 fließt.By vacuum gases of the insulating resin, it becomes possible to reduce air (or holes) contained in the insulating resin, thereby allowing the insulating resin to more easily enter each of the slots 12 flows.
In
dem Schritt des Aushärtens des isolierenden Harzes wird
das in den gewünschten Regionen in jedem der Schlitze 12 angebrachte
isolierende Harz mit dem derart betriebenen Keramiklaminat 15,
sich in der Laminierrichtung auszudehnen und zusammenzuziehen, ausgehärtet.In the step of curing the insulating resin, that becomes in the desired regions in each of the slots 12 mounted insulating resin with the so-operated ceramic laminate 15 to expand and contract in the laminating direction, cured.
Mit
der vorstehenden Konfiguration ist es möglich, die Harzisolatoren 19 in
den gewünschten Regionen in jedem der Schlitze 12 leichter
und zuverlässiger zu bilden.With the above configuration, it is possible to use the resin insulators 19 in the desired regions in each of the slots 12 easier and more reliable to make.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Keramiklaminat 15 die
Vielzahl von Schlitzen 12, wobei die die piezoelektrischen
Keramikschichten 11 bildenden Kristallkörner in
der Laminierrichtung abgetrennt sind, und das Keramiklaminat 15 leichter
deformiert werden kann als die piezoelektrischen Keramikschichten 11.In the present embodiment, the ceramic laminate comprises 15 the variety of slots 12 wherein the piezoelectric ceramic layers 11 forming crystal grains are separated in the laminating direction, and the ceramic laminate 15 can be deformed more easily than the piezoelectric ceramic layers 11 ,
Folglich
ist es mit den Schlitzen 12 möglich, effektiv
in dem Keramiklaminat 15 in der Laminierrichtung angehäufte
Spannungen zu lösen.Hence it is with the slots 12 possible, effectively in the ceramic laminate 15 solve in the laminating accumulated voltages.
Zusätzlich
sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schlitze 12 in
der Laminierrichtung des Keramiklaminats 15 bei den vorbestimmten
Intervallen D beabstandet. Es sollte jedoch verstanden sein, dass die
Schlitze 12 ebenso in anderen Positionen in der Laminierrichtung
gebildet sein können.In addition, in the present embodiment, the slots are 12 in the laminating direction of the ceramic laminate 15 spaced at the predetermined intervals D. It should be understood, however, that the slots 12 may also be formed in other positions in the laminating direction.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Innenelektrodenschichten 13,
die Schlitze 12 und die Innenelektrodenschichten 14 in
der Laminierrichtung des Keramiklaminats 15 gemäß dem
in 15 gezeigten Kombinationsmuster angeordnet. Es
sollte jedoch verstanden sein, dass die Innenelektrodenschichten 13,
die Schlitze 12 und die Innenelektrodenschichten 14 ebenso
gemäß anderen Kombinationsmustern angeordnet sein
können.In the present embodiment, the inner electrode layers 13 , the slots 12 and the inner electrode layers 14 in the laminating direction of the ceramic laminate 15 according to the in 15 arranged combination pattern arranged. It should be understood, however, that the internal electrode layers 13 , the slots 12 and the inner electrode layers 14 may also be arranged according to other combination patterns.
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gilt mit Bezugnahme
auf 16, dass das Keramiklaminat 15 entlang
der Laminierrichtung betrachtet eine piezoelektrisch aktive Region 158,
in der die Innenelektrodenschichten 13 mit den Innenelektrodenschichten 14 überlappen,
und eine Vielzahl von piezoelektrisch inaktiven Regionen 159 umfasst,
in denen die Innenelektrodenschichten 13 nicht mit den
Innenelektrodenschichten 14 überlappen. Wiederum
bezugnehmend auf 2 gilt weiterhin, dass alle
der Schlitze 12 in den piezoelektrisch inaktiven Regionen 159 liegen.In the present embodiment, with reference to 16 that the ceramic laminate 15 along the laminating direction, a piezoelectrically active region is considered 158 in which the internal electrode layers 13 with the inner electrode layers 14 overlap, and a variety of piezoelectrically inactive regions 159 includes, in which the internal electrode layers 13 not with the inner electrode layers 14 overlap. Referring again to 2 It is still true that all of the slots 12 in the piezoelectrically inactive regions 159 lie.
Mit
der vorstehenden Konfiguration ist es möglich, mit den
Schlitzen 12, an den piezoelektrisch inaktiven Regionen 159 wirkende
Spannungen effektiv zu lösen.With the above configuration, it is possible with the slots 12 , at the piezoelectrically inactive regions 159 effective release of effective stresses.
Darüber
hinaus gilt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie
in 16 gezeigt, dass alle der piezoelektrisch inaktiven
Regionen 159 zusammen den Gesamtumfang des Keramiklaminats 15 einnehmen. Andererseits
erstreckt sich jeder der Schlitze 12 in der Umfangsrichtung
des Keramiklaminats 15, um den Gesamtumfang des Keramiklaminats 15 einzunehmen.
Folglich kann der Effekt der Schlitze 12 des Aufnehmens der
Spannungen, die an den piezoelektrisch inaktiven Regionen 159 wirken,
maximiert werden.Moreover, in the present embodiment, as in 16 shown that all of the piezoelectrically inactive regions 159 together the total circumference of the ceramic laminate 15 taking. On the other hand, each of the slots extends 12 in the circumferential direction of the ceramic laminate 15 to the total extent of the ceramic laminate 15 take. Consequently, the effect of the slots 12 picking up the voltages applied to the piezoelectrically inactive regions 159 act, be maximized.
[Zweites Ausführungsbeispiel]Second Embodiment
Mit
Bezugnahme auf 17 gilt in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel, dass in jedem der Schlitze 12 des
Keramiklaminats 15 vier Harzisolatoren 19 bereitgestellt
sind, die jeweils vier Eckabschnitte des Schlitzes 12 einnehmen.
D. h., dass zwei der vier Harzisolatoren 19 jeweils in
der Umfangsrichtung des Keramiklaminats 15 um beide der
Enden der Seitenfläche 151 des Keramiklaminats 15 angebracht
sind, während die anderen beiden jeweils in der Umfangsrichtung
um beide der Enden der Seitenfläche 152 angebracht
sind.With reference to 17 applies in the present embodiment that in each of the slots 12 of the ceramic laminate 15 four resin insulators 19 are provided, each four corner portions of the slot 12 taking. That is, that two of the four resin insulators 19 each in the circumferential direction of the ceramic laminate 15 around both of the ends of the side surface 151 of the ceramic laminate 15 are attached, while the other two are each in the circumferential direction about both of the ends of the side surface 152 are attached.
Insbesondere
gilt in jedem der Schlitze 12, dass die vier Harzisolatoren 19 derart
angebracht sind, jeweils den vier Fasen 161–164 des
Keramiklaminats 15 gegenüberzuliegen.In particular, in each of the slots 12 that the four resin insulators 19 are mounted in such a way, in each case the four chamfers 161 - 164 of the ceramic laminate 15 oppose.
Zusätzlich
gilt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass das
isolierende Harz in die Schlitze 12 eingebracht wird, um
die Harzisolatoren 19 auf die gleiche Weise wie in dem
ersten Ausführungsbeispiel zu bilden.In addition, in the present embodiment, the insulating resin is in the slots 12 is introduced to the resin insulators 19 in the same manner as in the first embodiment.
Mit
der vorstehenden Konfiguration der Harzisolatoren 19 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es ebenso möglich,
die Vorteile des laminierten piezoelektrischen Elements 1 wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben zu erhalten.With the above configuration of the resin insulators 19 According to the present embodiment, it is also possible to realize the advantages of the laminated piezoelectric element 1 as described in the first embodiment.
Darüber
hinaus ist es ebenso möglich, die Konfigurationen der Harzisolatoren 19 gemäß dem
ersten und zweiten Ausführungsbeispiel zu kombinieren.
Z. B. gilt mit Bezugnahme auf 18, dass
in jedem der Schlitze 12 zwei Harzisolatoren 19 bereitgestellt
sein können, die jeweils die gesamten Breiten der Seitenflächen 151 und 152 in
der Umfangsrichtung des Keramiklaminats 15 einnehmen. In
diesem Fall ist es immer noch möglich, die Vorteile des
laminierten piezoelektrischen Elements 1 wie in dem ersten
Ausführungsbeispiel beschrieben zu erreichen.In addition, it is also possible the configurations of the resin insulators 19 according to the first and second embodiments. For example, with reference to 18 that in each of the slots 12 two resin insulators 19 can be provided, each covering the entire widths of the side surfaces 151 and 152 in the circumferential direction of the ceramic laminate 15 taking. In this case, it is still possible to take advantage of the laminated piezoelectric element 1 as described in the first embodiment.
[Drittes Ausführungsbeispiel][Third Embodiment]
Mit
Bezugnahme auf die 19A und 19B sind
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in jedem der Schlitze 12 ein
Harzisolator 19 bereitgestellt, der den gesamten Raum in
dem Schlitz 12 einnimmt.With reference to the 19A and 19B are in each of the slots in the present embodiment 12 a resin insulator 19 provided the whole space in the slot 12 occupies.
Zusätzlich
ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das isolierende
Harz in die Schlitze 12 eingebracht, um die Harzisolatoren 19 auf
die gleiche Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
zu bilden.In addition, in the present embodiment, the insulating resin is in the slots 12 introduced to the resin insulators 19 in the same manner as in the first embodiment.
Mit
der vorstehenden Konfiguration der Harzisolatoren 19 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es ebenso möglich,
die Vorteile des laminierten piezoelektrischen Elements 1 wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben zu erhalten.With the above configuration of the resin insulators 19 According to the present embodiment, it is also possible to realize the advantages of the laminated piezoelectric element 1 as described in the first embodiment.
Darüber
hinaus ist es mit der Konfiguration der Harzisolatoren 19 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, weiterhin
zuverlässig sowohl die Migration des Elektrodenmaterials
zwischen den Seitenelektroden 17 und 18 über
die Schlitze 12 als auch die Migration des Elektrodenmaterials
zwischen den Innenelektrodenschichten 14 und der Seitenelektrode 17 über
die Schlitze 12 zu verhindern.In addition, it is with the configuration of the resin insulators 19 According to the present embodiment, it is possible to reliably both the migration of the electrode material between the side electrodes 17 and 18 over the slots 12 as well as the migration of the electrode material between the inner electrode layers 14 and the side electrode 17 over the slots 12 to prevent.
Weiterhin
ist es mit der Konfiguration der Harzisolatoren 19 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, effektiv
ein Ablösen der Materialien, die die piezoelektrischen
Keramikschichten 11 und die Seitenelektroden 17 und 18 bilden,
und ein Hereinfallen in die Schlitze 12 zu verhindern.Furthermore, it is with the configuration of the resin insulators 19 According to the present embodiment, it is possible to effectively detach the materials comprising the piezoelectric ceramic layers 11 and the side electrodes 17 and 18 form, and a falling into the slots 12 to prevent.
[Experiment 1][Experiment 1]
Dieses
Experiment wurde durchgeführt, um den Effekt der Parameter
W2/W1 auf den Füllgrad des isolierenden Harzes in die Schlitze 12 des
Keramiklaminats 15 (nachstehend als Füllgrad bezeichnet)
zu untersuchen. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben,
stellen W1 bzw. W2 die Breiten von jedem der Schlitze 12 an
der Öffnung 121 und an einer sich von der Unterseite 122 um
30 μm weg befindlichen Position dar.This experiment was performed to determine the effect of parameter W2 / W1 on the degree of filling of the insulating resin in the slots 12 of the ceramic laminate 15 (hereinafter referred to as degree of filling) to examine. As described in the first embodiment, W1 and W2 respectively represent the widths of each of the slots 12 at the opening 121 and at one of the bottom 122 by 30 microns away position.
Zunächst
werden drei laminierte piezoelektrische Elementproben E11, E12 und
C11 vorbereitet. Der Wert von W2/W1 wurde auf 0,43 bei beiden Proben
E11 und E12 eingestellt, was die in dem ersten Ausführungsbeispiel
definierte Abmessungsbeziehung (1) erfüllt. Jedoch wurde
der Wert von W2/W1 in der Probe C11 auf 0,98 eingestellt, was die
Abmessungsbeziehung (1) verletzt.First
be three laminated piezoelectric element samples E11, E12 and
C11 prepared. The value of W2 / W1 was at 0.43 for both samples
E11 and E12 are set, which in the first embodiment
defined dimension relationship (1) met. However, that became
the value of W2 / W1 in sample C11 is set to 0.98, which is the
Dimensional relationship (1) violated.
Anschließend
wurde mit Hilfe eines Dispensers bei jedem der drei Proben das isolierende
Harz an der Öffnung 121 von jedem der Schlitze 12 angewendet.
Weiterhin wurde bei der Probe E12 das aufgebrachte isolierende Harz
ausgehärtet, während das Keramiklaminat 15 betrieben
wurde, um sich wiederholt auszudehnen und zusammenzuziehen. Andererseits
wurde bei den Proben E11 und C11 das aufgebrachte isolierende Harz ohne
das betriebene Keramiklaminat 15 ausgehärtet.Subsequently, with the aid of a dispenser, the insulating resin at each of the three specimens became the opening 121 from each of the slots 12 applied. Further, in Sample E12, the applied insulating resin was cured while the ceramic laminate 15 was operated to expand and contract repeatedly. On the other hand, in Samples E11 and C11, the applied insulating resin was devoid of the fired ceramic laminate 15 hardened.
Nachdem
das aufgebrachte isolierende Harz ausgehärtet wurde, wurde
jede der drei Proben in der Laminierrichtung abgetrennt, und eine
visuelle Beobachtung wurde für den Füllgrad des
Isolierharzes in den Schlitzen 12 durchgeführt.
Die Beobachtungsergebnisse sind in der TABELLE 1 gezeigt, wobei
das Zeichen „O" angibt, dass der Füllgrad ausreichend
hoch ist, und das Zeichen „X" angibt, dass das isolierende
Harz nicht die Unterseite 122 von jedem der Schlitze 12 erreichen
konnte. TABELLE 1 PROBE W2/W1 BETRIEB FÜLLGRAD
E11 0,43 OHNE O
E12 0,43 MIT O
C11 0,98 OHNE X
After the applied insulating resin was cured, each of the three samples was separated in the laminating direction, and a visual observation was made of the filling degree of the insulating resin in the slots 12 carried out. The observation results are shown in TABLE 1, wherein the character "O" indicates that the degree of filling is sufficiently high, and the character "X" indicates that the insulating resin is not the bottom surface 122 from each of the slots 12 could reach. TABLE 1 SAMPLE W2 / W1 BUSINESS filling level
E11 0.43 WITHOUT O
E12 0.43 WITH O
C11 0.98 WITHOUT X
Wie
aus der TABELLE 1 ersichtlich wird, gilt, dass wenn der Wert von
W2/W1 die Abmessungsbeziehung (1) erfüllt, der Füllgrad
des isolierenden Harzes ausreichend hoch ist.As
As can be seen from TABLE 1, if the value of
W2 / W1 satisfies the dimensional relationship (1), the degree of filling
of the insulating resin is sufficiently high.
Mit
anderen Worten gilt, dass das laminierte piezoelektrische Element 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung zuverlässig in den Schlitzen 12 des
Keramiklaminats 5 ausgebildete Harzisolatoren 19 aufweist.In other words, the laminated piezoelectric element 1 according to the present invention reliably in the slots 12 of the ceramic laminate 5 formed resin insulators 19 having.
[Experiment 2][Experiment 2]
Dieses
Experiment wurde durchgeführt, um den Effekt des Anbringens
der Harzisolatoren 19 in die Schlitze 12 auf die
Haltbarkeit des laminierten piezoelektrischen Elements 1 hin
zu untersuchen.This experiment was done to the effect of attaching the resin insulators 19 in the slots 12 on the durability of the laminated piezoelectric element 1 to investigate.
Zunächst
wurden eine Probe E21 des laminierten piezoelektrischen Elements 1 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel, eine Probe E22 des laminierten
piezoelektrischen Elements 1 gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel und eine Probe des laminierten
piezoelektrischen Elements C21 vorbereitet, das keine in den Schlitzen 12 angebrachte
Harzisolatoren aufweist.First, a sample E21 of the laminated piezoelectric element 1 According to the first embodiment, a sample E22 of the laminated piezoelectric element 1 according to the third embodiment, and prepared a sample of the laminated piezoelectric element C21, none in the slots 12 having attached resin insulators.
Als
Nächstes wurde unter einer Bedingung von 85°C/90%
RH ein elektrisches Feld von 2,6 kV/mm an jede der drei Proben angelegt.
Genauer gesagt wurde jede der drei Proben elektrisch in Reihe mit
einem Widerstand R mit einem bekannten Widerstand verbunden, um
einen elektrischen Kreis zu bilden. Anschließend wurde
das elektrische Feld an jede der Proben angelegt, und die Spannung über
den Widerstand R (oder der Leckstrom) wurde mit Hilfe eines Digitalmessgeräts
gemessen. Weiterhin wurde basierend auf der gemessenen Spannung
der Isolierwiderstand von jeder der Proben berechnet. Wenn der berechnete
Isolierwiderstand von jeder der Proben unter 10 MΩ abgenommen
war, wurde bestimmt, dass die Lebenszeit desselben abgelaufen war,
und die Lebenszeit wurde gemessen.When
Next was under a condition of 85 ° C / 90%
RH applied an electric field of 2.6 kV / mm to each of the three samples.
More specifically, each of the three samples was electrically connected in series
a resistor R connected to a known resistor to
to form an electrical circuit. Subsequently was
the electric field is applied to each of the samples, and the voltage across
Resistance R (or leakage current) was measured using a digital meter
measured. Furthermore, it was based on the measured voltage
the insulation resistance of each of the samples is calculated. If the calculated
Insulation resistance of each of the samples decreased below 10 MΩ
was, it was determined that its lifetime had expired,
and the lifetime was measured.
Die
TABELLE 2 zeigt die Ergebnisse des Experiments. TABELLE 2 PROBE BETRIEBSLEBENSDAUER
(Stunden)
E21 > 1 000
E22 > 1 000
C21 < 500
TABLE 2 shows the results of the experiment. TABLE 2 SAMPLE OPERATIONAL LIFE (hours)
E21 > 1 000
E22 > 1 000
C21 <500
Wie
aus der TABELLE 2 ersichtlich wird, war die Lebensdauer der Probe
C21, die keine in den Schlitzen 12 eingebrachten Harzisolatoren
aufweist, so kurz, um unter 500 Stunden zu liegen. Im Vergleich
betrugen die Lebenszeiten der Proben E21 und E22, die die in den
Schlitzen 12 angebrachten Harzisolatoren 19 aufwiesen,
so lange, um größer als 1 000 Stunden zu sein.As can be seen from TABLE 2, the life of the sample was C21, none in the slots 12 introduced resin insulators, so short to be less than 500 hours. In comparison, the lifetimes of samples E21 and E22 were those in the slots 12 attached resin insulators 19 so long as to be greater than 1 000 hours.
Mit
anderen Worten weist das laminierte piezoelektrische Element 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung eine exzellente Haltbarkeit auf.In other words, the laminated piezoelectric element 1 According to the present invention, excellent durability.
[Beispiel][Example]
In
diesem Beispiel wird das laminierte piezoelektrische Element 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung als eine Antriebsquelle in einer wie in 20 gezeigten
Treibstoffeinspritzvorrichtung 6 verwendet. Die Treibstoffeinspritzvorrichtung 6 ist
für eine Verwendung in einem Common-Rail-Treibstoffeinspritzsystem
für einen Dieselmotor ausgelegt.In this example, the laminated piezoelectric element becomes 1 according to the present invention as a drive source in a like in 20 shown fuel injection device 6 used. The fuel injector 6 is designed for use in a common rail fuel injection system for a diesel engine.
Wie
in 20 gezeigt, umfasst die Treibstoffeinspritzvorrichtung 6 ein
oberes Gehäuse 62, in dem das laminierte piezoelektrische
Element 1 aufgenommen ist, und ein unteres Gehäuse 63,
das an einem unteren Ende des oberen Gehäuses 62 fixiert
ist und einen darin ausgebildeten Einspritzdüsenabschnitt 64 besitzt.As in 20 shown includes the fuel injector 6 an upper case 62 in which the laminated piezoelectric element 1 is included, and a lower housing 63 at the lower end of the upper case 62 is fixed and an injection nozzle section formed therein 64 has.
Das
obere Gehäuse 62 besitzt eine im Wesentlichen
zylindrische Form, und darin ist eine Längsbohrung 621 ausgebildet,
die von der Längsachse des oberen Gehäuses 62 versetzt
ist. In der Längsbohrung 621 ist das laminierte
piezoelektrische Element 1 eingefügt und fixiert.The upper case 62 has a substantially cylindrical shape, and therein is a longitudinal bore 621 formed by the longitudinal axis of the upper housing 62 is offset. In the longitudinal bore 621 is the laminated piezoelectric element 1 inserted and fixed.
Eine
Treibstoffzufuhrpassage 622, die bereitgestellt ist, um
unter Hochdruck stehenden Treibstoff von einer (nicht gezeigten)
gemeinsamen Leitung (Common-Rail) zu dem Einspritzdüsenabschnitt 64 zuzuführen, ist
in dem oberen Gehäuse 62 parallel zu der Längsbohrung 621 ausgebildet.
Die Treibstoffzufuhrpassage 622 ist mit der gemeinsamen
Leitung über ein Treibstoffeinführrohr 623 verbunden,
die nach oben und nach rechts von einem oberen Endabschnitt des
oberen Gehäuses 62 herausragt.A fuel supply passage 622 , which is provided to high-pressure fuel from a common rail (not shown) to the injector section 64 is in the upper housing 62 parallel to the longitudinal bore 621 educated. The fuel supply passage 622 is with the common line via a fuel introduction tube 623 connected to the top and to the right of an upper end portion of the upper housing 62 protrudes.
Eine
Treibstoffabflusspassage 624, die bereitgestellt ist, um
den in der Treibstoffeinspritzvorrichtung 6 nach jedem
Treibstoffeinspritzvorgang verbleibenden Treibstoff abzulassen,
ist ebenso in dem oberen Gehäuse 62 in strömungstechnischer
Verbindung mit der Längsbohrung 621 ausgebildet.
Der verbleibende Treibstoff wird von der Treibstoffabflusspassage 624 über
eine Treibstoffabflussleitung 625, die nach oben und nach
links von dem oberen Endabschnitt des oberen Gehäuses 62 herausragt,
zu einem (nicht gezeigten) Treibstofftank zurückgeführt.A fuel drainage passage 624 , which is provided to that in the fuel injector 6 Discharge fuel remaining after each fuel injection event is also in the upper case 62 in fluid communication with the longitudinal bore 621 educated. The remaining fuel is from the fuel drain passage 624 via a fuel drain line 625 , which are up and to the left of the upper end portion of the upper housing 62 protrudes, returned to a (not shown) fuel tank.
Die
Treibstoffabflusspassage 624 ist mit einem Drei-Wege-Ventil 651 verbunden,
das nachstehend beschrieben wird, über einen zwischen der
Längsbohrung 621 und dem laminierten piezoelektrischen
Element 1 gebildeten Spalt 60, und eine (nicht
gezeigte) Zwischentreibstoffpassage, die sich von dem Spalt 60 stromabwärts
durch sowohl das obere als auch das untere Gehäuse 62 und 63 erstreckt.The fuel drainage passage 624 is with a three-way valve 651 connected, described below, one between the longitudinal bore 621 and the laminated piezoelectric element 1 formed gap 60 , and an intermediate fuel passage (not shown) extending from the gap 60 downstream through both the upper and lower housings 62 and 63 extends.
Der
Einspritzdüsenabschnitt 64 umfasst eine Düsennadel 641,
ein Treibstoffreservoir 642 und ein Einspritzloch 643.
Die Düsennadel 641 ist vertikal in einem Kolbenkörper 631 verschiebbar.
Das Treibstoffreservoir 642 ist bereitgestellt, um den
von der Treibstoffzufuhrpassage 622 zugeführten,
unter Hochdruck stehenden Treibstoff zu enthalten. Insbesondere
ist das Treibstoffreservoir 642 um einen Mittenabschnitt
der Düsennadel 641 ausgebildet, und besitzt ein
unteres Ende der Treibstoffzufuhrpassage 622, die sich
dort öffnet.The injector section 64 includes a nozzle needle 641 , a fuel reservoir 642 and an injection hole 643 , The nozzle needle 641 is vertical in a piston body 631 displaceable. The fuel reservoir 642 is provided to that of the fuel supply passage 622 to contain supplied high-pressure fuel. In particular, the fuel reservoir 642 around a center portion of the nozzle needle 641 formed, and has a lower end of the fuel supply passage 622 that opens there.
Das
Einspritzloch 643 wird durch die Düsennadel 641 geöffnet
und geschlossen, wodurch selektiv der von dem Treibstoffreservoir 642 zugeführte,
unter Hochdruck stehende Treibstoff in einen Zylinder des Motors eingespritzt
wird. Insbesondere wirken auf die Düsennadel 641 sowohl
ein Treibstoffdruck von dem Treibstoffreservoir 642 in
einer Ventilöffnungsrichtung (d. h., in 20 nach
oben) und ein Treibstoffdruck von einer Gegendruckkammer 644 in
einer Ventilschließrichtung (d. h., in 20 nach
unten); die Gegendruckkammer 644 befindet sich vertikal
oberhalb der Düsennadel 641. Wenn der Treibstoffdruck
in der Gegendruckkammer 644 abfällt, wird die
Düsennadel 641 nach oben geschoben, wodurch das
Einspritzloch 641 geöffnet wird, um den unter
Hochdruck stehenden Treibstoff in den Motorzylinder einzuspritzen.The injection hole 643 gets through the nozzle needle 641 opened and closed, thereby selectively removing the fuel from the reservoir 642 supplied high-pressure fuel is injected into a cylinder of the engine. In particular, act on the nozzle needle 641 both fuel pressure from the fuel reservoir 642 in a valve opening direction (ie, in 20 up) and fuel pressure from a backpressure chamber 644 in a valve closing direction (ie, in 20 downward); the back pressure chamber 644 is located vertically above the nozzle needle 641 , When the fuel pressure in the back pressure chamber 644 falls off, the nozzle needle 641 pushed up, causing the injection hole 641 is opened to inject the high-pressure fuel into the engine cylinder.
Der
Treibstoffdruck in der Gegendruckkammer 644 wird durch
das Drei-Wege-Ventil 651 gesteuert, das mit der Gegendruckkammer 644 und
selektiv mit entweder der Treibstoffzufuhrpassage 622 oder
der Treibstoffablaufpassage 624 verbunden ist. Insbesondere
umfasst das Drei-Wege-Ventil 651 ein kugelförmiges
Ventilelement. Dieses Ventilelement wird durch das laminierte piezoelektrische
Element 1 über einen Kolben mit großem
Durchmesser 652, eine Hydraulikkammer 653 und
einen Kolben mit kleinem Durchmesser 654 betrieben, um
selektiv Anschlüsse zu öffnen und zu schließen,
die jeweils mit der Treibstoffzufuhrpassage 622 und dem
Längsloch 621 verbunden sind.The fuel pressure in the back pressure chamber 644 is through the three-way valve 651 controlled, with the back pressure chamber 644 and selectively with either the fuel supply passage 622 or the fuel drainage passage 624 connected is. In particular, the three-way valve includes 651 a spherical valve element. This valve element is constituted by the laminated piezoelectric element 1 via a piston with a large diameter 652 , a hydraulic chamber 653 and a small diameter piston 654 operated to selectively open and close ports, each with the fuel supply passage 622 and the longitudinal hole 621 are connected.
Wie
vorstehend beschrieben ist das laminierte piezoelektrische Element 1 in
der Treibstoffeinspritzvorrichtung 6 in der Längsbohrung 621 angebracht,
die mit Treibstoff mit hoher Temperatur gefüllt ist. Mit
anderen Worten ist das laminierte piezoelektrische Element 1 einer
hohen Temperatur und hoher Feuchtigkeit ausgesetzt. Da jedoch das
laminierte piezoelektrische Element 1 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel wie vorstehend beschrieben
eine verbesserte Haltbarkeit und Zuverlässigkeit aufweist,
ist es möglich, die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
der gesamten Treibstoffeinspritzvorrichtung 6 sicherzustellen.As described above, the laminated piezoelectric element 1 in the fuel injector 6 in the longitudinal bore 621 attached, which is filled with high-temperature fuel. In other words, the laminated piezoelectric element 1 exposed to high temperature and high humidity. However, since the laminated piezoelectric element 1 According to the present embodiment, as described above, having improved durability and reliability, it is possible to improve the durability and reliability of the entire fuel injection device 6 sure.
Mit
den vorstehenden bestimmten Ausführungsbeispielen, Experimenten
und dem Beispiel der Erfindung, die gezeigt und beschrieben wurden,
ist es dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen,
Veränderungen und Verbesserungen durchgeführt
werden können, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen.With
the foregoing specific embodiments, experiments
and the example of the invention shown and described
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications,
Changes and improvements carried out
without departing from the spirit of the invention.
In
einem laminierten piezoelektrischen Element (1) umfasst
ein Keramiklaminat (15) eine Vielzahl von Schlitzen (12),
wobei jeder davon in der Außenoberfläche (150)
des Keramiklaminats (15) vertieft ist und sich über
den Gesamtumfang des Keramiklaminats (15) erstreckt. Jeder
der Schlitze (12) ist derart positioniert, um keine der
Innenelektrodenschichten (13, 14) des Keramiklaminats
(15) freizulegen. Es ist die folgende Abmessungsbeziehung
erfüllt: 0,05 ≤ W2/W1 ≤ 0,8, wobei W1
bzw. W2 die Breiten von jedem der Schlitze (12) an der Öffnung
(121) und an einer sich von der Unterseite (122)
um 30 μm weg befindlichen Position darstellen. In jedem
der Schlitze (12) ist mindestens ein elektrisch isolierender
Harzisolator (19) bereitgestellt, um eine Verbindung zwischen
der ersten und der zweiten Seitenelektrode (17, 18) über
den Schlitz (12) zu blockieren.In a laminated piezoelectric element ( 1 ) comprises a ceramic laminate ( 15 ) a plurality of slots ( 12 ), each of them in the outer surface ( 150 ) of the ceramic laminate ( 15 ) and the total volume of the ceramic laminate ( 15 ). Each of the slots ( 12 ) is positioned so as to prevent any of the inner electrode layers ( 13 . 14 ) of the ceramic laminate ( 15 ). The following dimensional relationship is satisfied: 0.05 ≦ W2 / W1 ≦ 0.8, where W1 and W2 are the widths of each of the slots ( 12 ) at the opening ( 121 ) and at one from the bottom ( 122 ) represent a position 30 μm away. In each of the slots ( 12 ) is at least one electrically insulating resin insulator ( 19 ) to connect between the first and second side electrodes ( 17 . 18 ) over the slot ( 12 ) to block.
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- JP 2004-297041 [0007] - JP 2004-297041 [0007]
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