HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Technisches Gebiet der Erfindung1. Technical field of the invention
Die
Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Schichtelement,
das zur Verwendung in zum Beispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für eine Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs gedacht
ist.The
Invention relates to a piezoelectric layer element,
for use in, for example, a fuel injector
intended for an internal combustion engine of a motor vehicle
is.
2. Beschreibung des Stands
der Technik2. Description of the stand
of the technique
Ein
herkömmliches piezoelektrisches Schichtelement, das zur
Verwendung in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
eine Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs gedacht ist, weist
einen Keramikschichtkörper und ein Paar externer Elektroden
auf. Der Keramikschichtkörper ist durch abwechselndes Aufschichten
einer Vielzahl piezoelektrischer Schichten, die aus einem piezoelektrischen
Material bestehen, mit einer Vielzahl Innenelektrodenschichten,
die elektrisch leitend sind, ausgebildet. Die externen Elektroden
sind jeweils so mit einem Paar entgegengesetzter Seitenflächen
des Keramikschichtkörpers verbunden, dass sie abwechselnd mit
den Innenelektrodenschichten verbunden sind. Darüber hinaus
ist das piezoelektrische Schichtelement so gestaltet, dass, wenn über
die externen Elektroden eine Spannung an die Innenelektrodenschichten
angelegt wird, die piezoelektrischen Schichten verschoben (oder
verformt) werden, um ein Zielobjekt anzutreiben.One
conventional piezoelectric layer element, the
Use in a fuel injection device for
an internal combustion engine of a motor vehicle is intended points
a ceramic laminated body and a pair of external electrodes
on. The ceramic laminated body is formed by alternately stacking
a plurality of piezoelectric layers consisting of a piezoelectric
Material, with a plurality of internal electrode layers,
which are electrically conductive, formed. The external electrodes
are each so with a pair of opposite side surfaces
the ceramic laminated body that they alternately with
the inner electrode layers are connected. Furthermore
the piezoelectric layer element is designed so that when over
the external electrodes apply a voltage to the internal electrode layers
is applied, the piezoelectric layers shifted (or
deformed) to drive a target object.
Um
unter einem hohen Druck einen großen Verschiebungsbetrag
sicherzustellen, ist es in den letzten Jahren dazu gekommen, dass
ein solches piezoelektrisches Schichtelement lange Zeit kontinuierlich
mit einer hohen daran angelegten Spannung betrieben wurde. Allerdings
kann es unter dem hohen Druck und der hohen Spannung dazu kommen,
dass die mit den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers
verbundenen externen Elektroden der Ausdehn-/Zusammenziehbewegung
der piezoelektrischen Schichten des Keramikschichtkörpers
nicht mehr folgen können, so dass in ihnen Risse entstehen
und sie schließlich brechen. Folglich ist es für
einige der piezoelektrischen Schichten unmöglich, die Spannung
aufzunehmen, was zu einer Änderung der Verschiebungskennwerte
des piezoelektrischen Elements führt.Around
under a high pressure, a large shift amount
It has come to the fore in recent years that
Such a piezoelectric layer element for a long time continuously
operated with a high voltage applied thereto. Indeed
it can come under the high pressure and the high voltage,
that with the side surfaces of the ceramic layer body
connected external electrodes of the expansion / contraction movement
the piezoelectric layers of the ceramic laminated body
can not follow anymore, causing cracks in them
and they finally break. Consequently, it is for
some of the piezoelectric layers impossible, the voltage
which results in a change in the displacement characteristics
of the piezoelectric element leads.
Um
das obige Problem zu lösen, offenbart die JP 2006-303044 A ein
piezoelektrisches Schichtelement, das eine externe Elektrode 95 aufweist,
wie sie in 17 gezeigt ist. Die externe
Elektrode 95, die durch einen elektrisch leitenden Klebstoff
mit einer Seitenfläche des Keramikschichtkörpers
verbunden ist, weist einen ersten Abschnitt 951 und einen
zweiten Abschnitt 952 auf. In dem ersten Abschnitt 951 ist
eine Vielzahl von Öffnungen 97 ausgebildet, von
denen sich jede in der Aufschichtungsrichtung X des Keramikschichtkörpers
ausdehnen und zusammenziehen kann. Andererseits ist in dem zweiten
Abschnitt 952 keine Öffnung ausgebildet.To solve the above problem, the JP 2006-303044 A a piezoelectric layer element, which is an external electrode 95 has, as in 17 is shown. The external electrode 95 , which is connected by an electrically conductive adhesive to a side surface of the ceramic laminated body, has a first portion 951 and a second section 952 on. In the first section 951 is a variety of openings 97 are formed, each of which can expand and contract in the Aufschichtungsrichtung X of the ceramic layer body. On the other hand, in the second section 952 no opening formed.
Mit
dem ersten Abschnitt 951 kann die externe Elektrode 95 der
Ausdehn-/Zusammenziehbewegung der piezoelektrischen Schichten des
Keramikschichtkörpers folgen, was die Haltbarkeit der externen
Elektrode 95 verbessert. Gleichzeitig ist es mit dem zweiten
Abschnitt 952 möglich, zwischen der externen Elektrode 95 und
einem externen Anschluss, der mit der externen Elektrode 95 verbunden
wird, um ihr Elektroenergie zuzuführen, eine ausreichende
Kontaktfläche zu gewährleisten.With the first section 951 can the external electrode 95 the expansion / contraction movement of the piezoelectric layers of the ceramic laminated body, resulting in the durability of the external electrode 95 improved. It's the same with the second section 952 possible between the external electrode 95 and an external connector connected to the external electrode 95 is connected to supply their electrical energy, to ensure a sufficient contact surface.
Allerdings
verläuft in der obigen externen Elektrode 95 die
Grenze H0 zwischen dem ersten und zweiten
Abschnitt 951 und 952 in einer Richtung senkrecht
zur Aufschichtungsrichtung X des Keramikschichtkörpers.
Folglich konzentriert sich an der Grenze H0 leicht
Spannung, so dass die externe Elektrode 95 in einigen Fällen
an der Grenze H0 brechen kann. Dadurch ist
es unmöglich, die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
des gesamten piezoelektrischen Schichtelements sicherzustellen.However, in the above external electrode runs 95 the boundary H 0 between the first and second sections 951 and 952 in a direction perpendicular to the Aufschichtungsrichtung X of the ceramic layer body. Consequently, at the boundary H 0 concentrates easily voltage, so that the external electrode 95 in some cases at the limit H 0 can break. Thereby, it is impossible to secure the durability and reliability of the entire piezoelectric laminated element.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
Die
Erfindung erfolgte angesichts der oben genannten Probleme.The
Invention has been made in view of the above problems.
Es
ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein piezoelektrisches
Schichtelement zur Verfügung zu stellen, das eine hohe
Haltbarkeit und Zuverlässigkeit hat.It
is therefore a main object of the invention, a piezoelectric
Layer element to provide that a high
Durability and reliability.
Erfindungsgemäß ist
ein piezoelektrisches Schichtelement (1) vorgesehen, das
einen Keramikschichtkörper (15) und ein Paar externer
Elektroden (5) aufweist. Der Keramikschichtkörper
(15) ist durch abwechselndes Aufschichten einer Vielzahl
von piezoelektrischen Schichten (11), die aus einem piezoelektrischen Material
bestehen, mit einer Vielzahl von Innenelektrodenschichten (13, 14),
die elektrisch leitend sind, ausgebildet. Der Keramikschichtkörper
(15) hat eine Außenfläche (150),
die ein Paar entgegengesetzter Seitenflächen (151, 152)
aufweist. Die externen Elektroden (5) sind jeweils so auf
den Seitenflächen (151, 152) des Keramikschichtkörpers
(15) vorgesehen, dass sie abwechselnd mit den Innenelektrodenschichten
(13, 14) verbunden sind. Jede externe Elektrode
(5) weist einen ersten Abschnitt (51), einen zweiten
Abschnitt (52) und einen Grenzbereich (59) zwischen
dem ersten und zweiten Abschnitt (51, 52) auf,
wobei der erste Abschnitt (51), der Grenzbereich (59)
und der zweite Abschnitt (52) allesamt aneinander in einer
Aufschichtungsrichtung (X) des Keramikschichtkörpers (15)
ausgerichtet sind. In dem ersten Abschnitt (51) ist eine
Vielzahl von Öffnungen (7) ausgebildet. Die Öffnungen
(7) umfassen erste Öffnungen (71), die
außerhalb des Grenzbereichs (59) fallen, und zweite Öffnungen
(72), die innerhalb des Grenzbereichs (59) fallen.
Der zweite Abschnitt (52) ist in der Aufschichtungsrichtung
(X) an einem Ende (501) der externen Elektrode (5)
vorgesehen, ohne dass in ihm irgendeine Öffnung ausgebildet
ist. Der Grenzbereich (59) ist so ausgebildet, dass eine
hypothetische Linie (G), die senkrecht zur Aufschichtungsrichtung
(X) des Keramikschichtkörpers (15) durch den Grenzbereich
(59) verläuft, sowohl den ersten als auch den
zweiten Abschnitt (51, 52) schneidet. Außerdem
sind die folgenden Abmessungszusammenhänge erfüllt:
0,5b ≤ a ≤ 10b und 1,05 ≤ (c/d) ≤ 3,
wobei a die Länge des Grenzbereichs (59) in der
Aufschichtungsrichtung (X) des Keramikschichtkörpers (15)
ist, b die Länge jeder zweiten Öffnung (72)
in der Aufschichtungsrichtung (X) ist, c die Länge einer
Grenze (H) zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (51, 52),
die innerhalb des Grenzbereichs (59) verläuft,
ist und d die Breite jeder externen Elektrode (5) in einer
Richtung senkrecht zur Aufschichtungsrichtung (X) ist.According to the invention, a piezoelectric layer element ( 1 ) provided with a ceramic layer body ( 15 ) and a pair of external electrodes ( 5 ) having. The ceramic layer body ( 15 ) is formed by alternately stacking a plurality of piezoelectric layers ( 11 ), which consists of a piezoelectric Material with a plurality of internal electrode layers ( 13 . 14 ), which are electrically conductive, formed. The ceramic layer body ( 15 ) has an outer surface ( 150 ) having a pair of opposite side surfaces ( 151 . 152 ) having. The external electrodes ( 5 ) are each so on the side surfaces ( 151 . 152 ) of the ceramic layer body ( 15 ) are provided alternately with the inner electrode layers ( 13 . 14 ) are connected. Each external electrode ( 5 ) has a first section ( 51 ), a second section ( 52 ) and a border area ( 59 ) between the first and second sections ( 51 . 52 ), the first section ( 51 ), the border area ( 59 ) and the second section ( 52 ) all together in a Aufschichtungsrichtung (X) of the ceramic layer body ( 15 ) are aligned. In the first section ( 51 ) is a plurality of openings ( 7 ) educated. The openings ( 7 ) comprise first openings ( 71 ) outside the border area ( 59 ), and second openings ( 72 ) within the limit ( 59 ) fall. The second section ( 52 ) is in the lapping direction (X) at one end ( 501 ) of the external electrode ( 5 ) is provided without any opening is formed in it. The border area ( 59 ) is formed so that a hypothetical line (G) perpendicular to the Aufschichtungsrichtung (X) of the ceramic layer body ( 15 ) through the border area ( 59 ), both the first and second sections ( 51 . 52 ) cuts. In addition, the following dimensional relationships are satisfied: 0.5b ≦ a ≦ 10b and 1.05 ≦ (c / d) ≦ 3, where a is the length of the boundary region (FIG. 59 ) in the Aufschichtungsrichtung (X) of the ceramic layer body ( 15 ), b is the length of each second opening ( 72 ) in the lapping direction (X), c is the length of a boundary (H) between the first and second sections (X) 51 . 52 ) within the limit ( 59 ), and d is the width of each external electrode ( 5 ) in a direction perpendicular to the laminating direction (X).
Mit
dem ersten Abschnitt (51) kann jede externe Elektrode (5)
der Ausdehn-/Zusammenziehbewegung der piezoelektrischen Schichten
(11) des Keramikschichtkörpers (15) folgen,
wodurch Spannung abgebaut wird, die darin aufgrund der Ausdehn-/Zusammenziehbewegung
der piezoelektrischen Schichten (11) eingebracht wird.
Dadurch ist es möglich, eine hohe Haltbarkeit jeder externen
Elektrode (5) sicherzustellen. Darüber hinaus
ist es mit dem zweiten Abschnitt (52) möglich,
zwischen jeder externen Elektrode (5) und einem entsprechenden
externen Anschluss, der mit der externen Elektrode (5)
verbunden wird, um ihr Elektroenergie zuzuführen, eine
ausreichende Kontaktfläche zu gewährleisten. Dadurch
ist es möglich, zwischen dem piezoelektrischen Schichtelement
(1) und einer externen Vorrichtung oder einem externen
Schaltkreis eine zuverlässige Verbindung sicherzustellen.With the first section ( 51 ), any external electrode ( 5 ) of the expansion / contraction movement of the piezoelectric layers ( 11 ) of the ceramic layer body ( 15 ), which relieves stress therein due to the expansion / contraction movement of the piezoelectric layers (FIG. 11 ) is introduced. This makes it possible to have a high durability of each external electrode ( 5 ). In addition, it is with the second section ( 52 ) between each external electrode ( 5 ) and a corresponding external terminal connected to the external electrode ( 5 ) is connected to supply their electric energy, to ensure a sufficient contact surface. This makes it possible between the piezoelectric layer element ( 1 ) and an external device or circuit to ensure a reliable connection.
Darüber
hinaus ist es mit dem Grenzbereich (59), der die Grenze
(H) zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (51, 52)
enthält und in der Aufschichtungsrichtung (X) des Keramikschichtkörpers
(15) die Länge a hat, möglich, Spannung
zu verteilen, die in der Aufschichtungsrichtung (X) um die Grenze
(H) herum eingebracht wird.Moreover, it is with the border area ( 59 ) defining the boundary (H) between the first and second sections ( 51 . 52 ) and in the Aufschichtungsrichtung (X) of the ceramic layer body ( 15 ) has the length a, it is possible to distribute stress introduced in the laminating direction (X) around the boundary (H).
Außerdem
ist es durch Festlegen des Abmessungszusammenhangs von 0,5b ≤ a ≤ 10b
möglich, mittels der zweiten Öffnungen (72)
wirksam Spannung abzubauen, die innerhalb des Grenzbereichs (59)
eingebracht wird. Darüber hinaus ist es durch das Festlegen
des Abmessungszusammenhangs von 1,05 ≤ (c/d) ≤ 3
möglich, eine ausreichend große Länge
des Grenzbereichs (59) zu gewährleisten, wodurch
noch zuverlässiger die Spannung verteilt wird, die in der Aufschichtungsrichtung
(X) um die Grenze (H) herum eingebracht wird.In addition, by setting the dimensional relationship of 0.5b≤a≤10b, it is possible to use the second openings (FIG. 72 ) effectively release stress that is within the limit ( 59 ) is introduced. In addition, by setting the dimensional relationship of 1.05 ≦ (c / d) ≦ 3, it is possible to have a sufficiently large length of the boundary region (FIG. 59 ), which more reliably distributes the stress introduced in the laminating direction (X) around the boundary (H).
Folglich
ist es möglich, wirksam eine Spannungskonzentration an
der Grenze (H) zu unterdrücken, wodurch zuverlässig
verhindert wird, dass eine der externen Elektroden (5)
an der Grenze (H) bricht. Dadurch ist es möglich, eine
hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit jeder externen Elektrode
(5) und somit auch des gesamten piezoelektrischen Schichtelements
(1) sicherzustellen.Consequently, it is possible to effectively suppress a stress concentration at the boundary (H), thereby reliably preventing one of the external electrodes (FIG. 5 ) at the border (H) breaks. This makes it possible to have a high durability and reliability of each external electrode ( 5 ) and thus also the entire piezoelectric layer element ( 1 ).
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Ein
besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der
folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung,
die jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung auf bestimmte
Ausführungsbeispiele verstanden werden sollten, sondern
lediglich der Erläuterung und dem Verständnis
dienen sollen.One
better understanding of the invention will be apparent from the
following detailed description and attached
Drawings of preferred embodiments of the invention,
but not as a limitation of the invention to certain
Embodiments should be understood, but
just for explanation and understanding
should serve.
Die
beigefügten Zeichnungen zeigen Folgendes:The
attached drawings show the following:
1 ist
eine schematische Perspektivansicht, die den Gesamtaufbau eines
piezoelektrischen Schichtelements gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 1 Fig. 12 is a schematic perspective view showing the overall structure of a piezoelectric laminated member according to the first embodiment of the invention;
2 ist
eine schematische Schnittansicht des piezoelektrischen Schichtelements; 2 is a schematic sectional view of the piezoelectric layer element;
3 ist
eine schematische Seitenansicht, die den Aufbau jeder externen Elektrode
des piezoelektrischen Schichtelements zeigt; 3 Fig. 12 is a schematic side view showing the structure of each external electrode of the piezoelectric layer element;
4 ist
eine schematische Perspektivansicht, die einen Vorgang zum Ausbilden
einer ersten Elektrodenschichtausbildungslage gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; 4 Fig. 12 is a schematic perspective view illustrating a process of forming a first electrode layer forming layer according to the first embodiment;
5 ist
eine schematische Perspektivansicht, die einen Vorgang zum Ausbilden
einer zweiten Elektrodenschichtausbildungslage gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; 5 FIG. 12 is a schematic perspective view illustrating a process of forming a second electrode layer forming layer according to the first embodiment; FIG.
6 ist
eine schematische Perspektivansicht, die einen Vorgang zum Ausbilden
einer Schlitzausbildungslage gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel veranschaulicht; 6 Fig. 12 is a schematic perspective view illustrating a process for forming a slit forming layer according to the first embodiment;
7 ist
eine schematische Perspektivansicht, die einen Aufschichtungsvorgang
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
veranschaulicht; 7 Fig. 12 is a schematic perspective view illustrating a lamination process according to the first embodiment;
8 ist
eine Draufsicht, die einen vorläufigen Schichtkörper
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt; 8th Fig. 10 is a plan view showing a preliminary laminate according to the first embodiment;
9 ist
eine schematische Schnittansicht entlang der Linie C-C in 8; 9 is a schematic sectional view taken along the line CC in 8th ;
10 ist
eine schematische Schnittansicht, die einen Zwischenschichtkörper
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt; 10 Fig. 10 is a schematic sectional view showing an interlayer body according to the first embodiment;
11A ist eine schematische Seitenansicht, die den
Aufbau jeder externen Elektrode gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 11A Fig. 12 is a schematic side view showing the structure of each external electrode according to the second embodiment of the invention;
11B ist eine schematische Seitenansicht, die den
Aufbau jeder externen Elektrode gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 11B Fig. 12 is a schematic side view showing the structure of each external electrode according to the third embodiment of the invention;
11C ist eine schematische Seitenansicht, die den
Aufbau jeder externen Elektrode gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 11C Fig. 12 is a schematic side view showing the structure of each external electrode according to the fourth embodiment of the invention;
11D ist eine schematische Seitenansicht, die den
Aufbau jeder externen Elektrode gemäß dem fünften
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 11D Fig. 12 is a schematic side view showing the structure of each external electrode according to the fifth embodiment of the invention;
12A ist eine schematische Seitenansicht, die den
Aufbau jeder externen Elektrode gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 12A Fig. 12 is a schematic side view showing the structure of each external electrode according to the sixth embodiment of the invention;
12B ist eine schematische Seitenansicht, die den
Aufbau jeder externen Elektrode gemäß dem siebten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 12B Fig. 12 is a schematic side view showing the structure of each external electrode according to the seventh embodiment of the invention;
13 ist
eine schematische Seitenansicht, die den Aufbau jeder externen Elektrode
gemäß dem achten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt; 13 Fig. 12 is a schematic side view showing the structure of each external electrode according to the eighth embodiment of the invention;
14A ist eine schematische Seitenansicht, die die
Art und Weise darstellt, wie im Versuch 1 der Erfindung die Zugfestigkeit
einer externen Versuchselektrode gemessen wird; 14A Fig. 12 is a schematic side view illustrating the manner in which the tensile strength of an external experimental electrode is measured in Experiment 1 of the invention;
14B ist eine schematische Schnittansicht entlang
der Linie A-A in 14B; 14B is a schematic sectional view taken along the line AA in 14B ;
15 ist
eine grafische Darstellung, die die Messergebnisse von Versuch 1
angibt; 15 is a graph showing the measurement results of Experiment 1;
16 ist
eine Teilschnittansicht, die den Gesamtaufbau einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß einem Beispiel der Erfindung zeigt; und 16 Fig. 10 is a partial sectional view showing the overall structure of a fuel injection device according to an example of the invention; and
17 ist
eine schematische Seitenansicht, die den Aufbau einer externen Elektrode
eines herkömmlichen piezoelektrischen Schichtelements zeigt. 17 Fig. 12 is a schematic side view showing the structure of an external electrode of a conventional piezoelectric film element.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Im
Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 1–13 bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es ist
zu beachten, dass aus Gründen der Klarheit und des Verständnisses,
wo immer möglich, in verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung in jeder Figur gleiche Einzelteile mit gleichen Funktionen
mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet wurden.The following are with reference to the 1 - 13 preferred embodiments of Invention described. It should be noted that for the sake of clarity and understanding wherever possible, in different embodiments of the invention, like parts with like functions have been identified with the same reference numerals in each figure.
Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1–10 ein
piezoelektrisches Schichtelement 1 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following is with reference to the 1 - 10 a piezoelectric layer element 1 described according to the first embodiment of the invention.
Das
piezoelektrische Schichtelement 1 weist, wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, einen Keramikschichtkörper 15 auf, der durch
abwechselndes Aufschichten einer Vielzahl von piezoelektrischen
Schichten 11, die aus einem piezoelektrischen Material
bestehen, mit einer Vielzahl von Innenelektrodenschichten 13 und 14,
die elektrisch leitend sind, ausgebildet ist. Der Keramikschichtkörper 15 hat
eine Außenfläche 150, die ein Paar entgegengesetzter
Seitenflächen 151 und 152 aufweist. Das
piezoelektrische Schichtelement 1 weist außerdem
ein Paar Seitenelektroden 21 und 22, die jeweils
auf den Seitenflächen 151 und 152 des
Keramikschichtkörpers 15 vorgesehen sind, und
ein Paar externer Elektroden 5 auf, die jeweils durch einen elektrisch leitenden
Klebstoff 23 mit den Seitenelektroden 21 und 22 verbunden
sind.The piezoelectric layer element 1 points, as in the 1 and 2 is shown, a ceramic layer body 15 by alternately laminating a plurality of piezoelectric layers 11 consisting of a piezoelectric material having a plurality of internal electrode layers 13 and 14 , which are electrically conductive, is formed. The ceramic layer body 15 has an outer surface 150 that have a pair of opposite side surfaces 151 and 152 having. The piezoelectric layer element 1 also has a pair of side electrodes 21 and 22 , each on the side surfaces 151 and 152 of the ceramic laminated body 15 are provided, and a pair of external electrodes 5 on, each by an electrically conductive adhesive 23 with the side electrodes 21 and 22 are connected.
Jede
Innenelektrodenschicht 13 bedeckt nur einen Teil der entsprechenden
piezoelektrischen Schicht 11. Genauer gesagt hat jede Innenelektrodenschicht 13 ein
erstes Ende 131, das zur Seitenfläche 151 des Keramikschichtkörpers 15 frei
liegt und ein zweites Ende 132, das von der Seitenfläche 152 des
Keramikschichtkörpers 15 um einen vorbestimmten
Abstand nach innen zurückgesetzt ist. Folglich ist jede
Innenelektrodenschicht 13 elektrisch mit der auf der Seitenfläche 151 vorgesehenen
Seitenelektrode 21 verbunden, während sie zuverlässig
von der auf der Seitenfläche 152 vorgesehenen
Seitenelektrode 22 isoliert ist.Each inner electrode layer 13 covers only a part of the corresponding piezoelectric layer 11 , More specifically, each inner electrode layer has 13 a first end 131 to the side surface 151 of the ceramic laminated body 15 is free and a second end 132 that from the side surface 152 of the ceramic laminated body 15 is reset by a predetermined distance inwards. Consequently, each inner electrode layer is 13 electrically with the on the side surface 151 provided side electrode 21 connected while reliable from the on the side surface 152 provided side electrode 22 is isolated.
Andererseits
bedeckt auch jede Innenelektrodenschicht 14 nur einen Teil
der entsprechenden piezoelektrischen Schicht 11. Genauer
gesagt hat jede Innenelektrodenschicht 14 ein erstes Ende 141,
das zur Seitenfläche 152 des Keramikschichtkörpers 15 frei
liegt, und ein zweites Ende 142, das von der Seitenfläche 151 des
Keramikschichtkörpers 15 um den vorbestimmten
Abstand zurückgesetzt ist. Folglich ist jede Innenelektrodenschicht 14 mit
der auf der Seitenfläche 152 vorgesehenen Seitenelektrode 22 elektrisch
verbunden, während sie zuverlässig von der auf
der Seitenfläche 151 vorgesehenen Seitenelektrode 21 isoliert
ist.On the other hand, each inner electrode layer also covers 14 only a part of the corresponding piezoelectric layer 11 , More specifically, each inner electrode layer has 14 a first end 141 to the side surface 152 of the ceramic laminated body 15 is free, and a second end 142 that from the side surface 151 of the ceramic laminated body 15 is reset by the predetermined distance. Consequently, each inner electrode layer is 14 with the on the side surface 152 provided side electrode 22 electrically connected while being reliable from the on the side surface 151 provided side electrode 21 is isolated.
Außerdem
sind die Innenelektrodenschichten 13 in der Aufschichtungsrichtung
X (oder der Längsrichtung) des Keramikschichtkörpers 15 mit
den Innenelektrodenschichten 14 abwechselnd angeordnet.In addition, the inner electrode layers 13 in the laminating direction X (or the longitudinal direction) of the ceramic laminated body 15 with the inner electrode layers 14 arranged alternately.
Der
Keramikschichtkörper 15 enthält außerdem
einen Vielzahl von Schlitzen 12, von denen jeder von der
Außenfläche 150 des Keramikschichtkörpers 15 um
eine vorbestimmte Tiefe zurückgesetzt ist. Genauer gesagt
verläuft jeder Schlitz 12 in der Umfangsrichtung
des Keramikschichtkörpers 15, so dass er den gesamten
Umfang des Keramikschichtkörpers 15 einnimmt.
Des Weiteren ist jeder Schlitz 12 so in der Aufschichtungsrichtung
X des Keramikschichtkörpers 15 positioniert, dass
keine der Innenelektrodenschichten 13 und 14 zu
einer Innenwand des Keramikschichtkörpers 15 frei
liegt, die den Schlitz 12 definiert. Darüber hinaus sind
die Schlitze 12 in der Aufschichtungsrichtung X des Keramikschichtkörpers 15 in
vorbestimmten Intervallen beabstandet.The ceramic layer body 15 also contains a variety of slots 12 each of which is from the outside surface 150 of the ceramic laminated body 15 is reset by a predetermined depth. More precisely, each slot runs 12 in the circumferential direction of the ceramic laminated body 15 so that it covers the entire circumference of the ceramic laminated body 15 occupies. Furthermore, each slot 12 so in the Aufschichtungsrichtung X of the ceramic layer body 15 positioned that none of the inner electrode layers 13 and 14 to an inner wall of the ceramic laminated body 15 is free, which is the slot 12 Are defined. In addition, the slots 12 in the laminating direction X of the ceramic laminated body 15 spaced at predetermined intervals.
Wie
sich aus 3 zusammen mit 1 ergibt,
ist in diesem Ausführungsbeispiel jede externe Elektrode 5 als
eine flache rechteckige Platte geformt und so an dem Keramikschichtkörper 15 befestigt,
dass ihre Längsrichtung mit der Aufschichtungsrichtung
X des Keramikschichtkörpers 15 zusammenfällt.
Es wird darauf hingewiesen, dass jede externe Elektrode 5 auch
eine andere Form, zum Beispiel die Form einer teilweise abgerundeten
flachen Platte, haben kann.As it turned out 3 along with 1 is in this embodiment, any external electrode 5 formed as a flat rectangular plate and so on the ceramic layer body 15 fixed that its longitudinal direction with the Aufschichtungsrichtung X of the ceramic laminated body 15 coincides. It should be noted that any external electrode 5 may also have another shape, for example the shape of a partially rounded flat plate.
Jede
externe Elektrode 5 weist einen ersten Abschnitt 51,
einen zweiten Abschnitt 52 und einen Grenzbereich 59 zwischen
dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 auf,
wobei der erste Abschnitt 51, der Grenzbereich 59 und
der zweite Abschnitt 52 allesamt aneinander in der Aufschichtungsrichtung
X des Keramikschichtkörpers 15 ausgerichtet sind.
In dem ersten Abschnitt 51 ist eine Vielzahl von Öffnungen 7 ausgebildet,
von denen sich jede in der Aufschichtungsrichtung X des Keramikschichtkörpers 15 ausdehnen
und zusammenziehen kann. Andererseits ist der zweite Abschnitt 52 an
einem Längsende 501 der externen Elektrode 5 vorgesehen,
ohne dass in ihm irgendeine Öffnung ausgebildet ist. Der
Grenzbereich 59 ist so ausgebildet, dass eine hypothetische
Linie G, die in einer Richtung senkrecht zur Aufschichtungsrichtung
X durch den Grenzbereich 59 verläuft, sowohl den
ersten als auch den zweiten Abschnitt 51 und 52 schneidet.Every external electrode 5 has a first section 51 , a second section 52 and a border area 59 between the first and second sections 51 and 52 on, with the first section 51 , the border area 59 and the second section 52 all together in the Aufschichtungsrichtung X of the ceramic layer body 15 are aligned. In the first section 51 is a variety of openings 7 formed, each of which in the Aufschichtungsrichtung X of the ceramic layer body 15 expand and contract. On the other hand, the second section 52 at one longitudinal end 501 the external electrode 5 provided, without any opening is formed in it. The border area 59 is formed so that a hypothetical line G, which is in a direction perpendicular to the Aufschichtungsrichtung X through the boundary region 59 runs, both the first and the second section 51 and 52 cuts.
Außerdem
sind die Öffnungen 7 des ersten Abschnitts 51 jeweils
in einer rhombischen Form ausgebildet und gleichmäßig
verteilt, so dass der erste Abschnitt 51 die Form eines
Gitters hat. Der elektrisch leitende Klebstoff 23 dringt
in jede Öffnung 7 ein, so dass er mit einer Innenwand
des ersten Abschnitts 51 verbunden ist, die die Öffnung 7 definiert.
Andererseits ist der zweite Abschnitt 52 als eine flache
Platte geformt, ohne dass in ihm irgendeine Öffnung ausgebildet
ist. Die Grenze H zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 verläuft
im Grenzbereich 59 von einem Seitenende 503 zum
anderen Seitenende 504 der externen Elektrode 5.In addition, the openings 7 of the first section 51 each formed in a rhombic shape and evenly distributed, leaving the first section 51 has the shape of a grid. The electrically conductive adhesive 23 penetrates every opening 7 one, leaving it with an inner wall of the first section 51 connected to the opening 7 Are defined. On the other hand, the second section 52 formed as a flat plate, without any opening is formed in it. The boundary H between the first and second sections 51 and 52 runs in the border area 59 from a footer 503 to the other end of the page 504 the external electrode 5 ,
Genauer
gesagt setzt sich die Grenze H in diesem Ausführungsbeispiel
aus zwei Geradensegmenten zusammen, die miteinander so verbunden
sind, dass die Grenze H die Form eines Keils hat, der zum ersten Abschnitt 51 zeigt.
Folglich hat der zweite Abschnitt 52 im Grenzbereich 59 eine
dreieckige Form.More specifically, in this embodiment, the boundary H is composed of two straight line segments which are connected to each other so that the boundary H has the shape of a wedge leading to the first section 51 shows. Consequently, the second section has 52 in the border area 59 a triangular shape.
Es
wird darauf hingewiesen, dass die beiden Geradensegmente auch so
miteinander verbunden sein können, dass die Grenze H die
Form eines Keils hat, der zum zweiten Abschnitt 52 zeigt.
In diesem Fall würde der erste Abschnitt 51 im
Grenzbereich 59 eine dreieckige Form haben.It should be noted that the two straight line segments can also be connected to one another in such a way that the boundary H has the shape of a wedge, that of the second section 52 shows. In this case, the first section would 51 in the border area 59 have a triangular shape.
Wenn
jede externe Elektrode 5 aus einem einzelnen Stück
Material besteht, kann die Grenze H zudem als erstbestes so bestimmt
werden, dass sie das einzelne Stück Material in zwei Teile
abgrenzt, einen zum Bilden des ersten Abschnitts 51 und
den anderen zum Bilden des zweiten Abschnitts 52. Wenn
andererseits jede externe Elektrode 5 aus zwei Stücken
Material besteht, einem zum Bilden des ersten Abschnitts 51 und dem
anderen zum Bilden des zweiten Abschnitts 52, bildet die
Verbindungsfläche zwischen den beiden Stücken
Material die Grenze H zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52.
Darüber hinaus können in letzterem Falle die Materialien
zum Bilden des ersten und zweiten Abschnitts 51 und 52 die
gleichen sein oder voneinander verschieden sein.If any external electrode 5 Moreover, the boundary H may first be determined to delineate the single piece of material into two parts, one to form the first section 51 and the other to form the second section 52 , On the other hand, if any external electrode 5 consists of two pieces of material, one to form the first section 51 and the other for forming the second portion 52 , the joining surface between the two pieces of material forms the boundary H between the first and second sections 51 and 52 , Moreover, in the latter case, the materials for forming the first and second sections 51 and 52 be the same or different from each other.
Darüber
hinaus umfassen die Öffnungen 7 des ersten Abschnitts 51 erste Öffnungen 71,
die außerhalb des Grenzbereichs 59 fallen, und
zweite Öffnungen 72, die innerhalb des Grenzbereichs 59 fallen.
Darüber hinaus haben die ersten Öffnungen 71 die
gleiche rhombische Form und die gleiche Größe
wie die zweiten Öffnungen 72. Es wird darauf hingewiesen,
dass die Öffnungen 7 auch andere Formen, etwa
eine kreisförmige, eine elliptische, eine dreieckige oder
eine rechteckige Form, haben können.In addition, the openings include 7 of the first section 51 first openings 71 that are out of bounds 59 fall, and second openings 72 that are within the limit 59 fall. In addition, the first openings have 71 the same rhombic shape and size as the second openings 72 , It should be noted that the openings 7 Other shapes, such as a circular, an elliptical, a triangular or a rectangular shape, may have.
In
diesem Ausführungsbeispiel hat der Grenzbereich 59 eine
Länge a von 0,6 mm in der Aufschichtungsrichtung X des
Keramikschichtkörpers 15. Jede zweite Öffnung 72,
die innerhalb des Grenzbereichs 59 fällt, hat
eine Länge b von 0,25 mm in der Aufschichtungsrichtung
X. Außerdem ist der folgende Abmessungszusammenhang erfüllt: 0,5b ≤ a ≤ 10b (1) In this embodiment, the boundary area has 59 a length a of 0.6 mm in the laminating direction X of the ceramic laminated body 15 , Every second opening 72 that are within the limit 59 falls, has a length b of 0.25 mm in the Aufschichtungsrichtung X. In addition, the following dimensional relationship is met: 0.5b ≤ a ≤ 10b (1)
Es
ist zu beachten, dass die obigen Parameter a und b jeweils die Länge
des Grenzbereichs 59 und die Länge jeder zweiten Öffnung 72 in
der Aufschichtungsrichtung X darstellen, wenn sich die externe Elektrode 5 in
einem nicht verformten (d. h. weder geweiteten noch zusammengezogenen)
Zustand befindet.It should be noted that the above parameters a and b are each the length of the boundary 59 and the length of each second opening 72 in the lamination direction X when the external electrode 5 in an undeformed (ie, neither widened nor contracted) condition.
Des
Weiteren beträgt die Länge c (d. h. die Gesamtausdehnungslänge)
der Grenze H zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 3,4
mm. Die Breite d jeder externen Elektrode 5 in der Richtung
senkrecht zur Aufschichtungsrichtung X beträgt 3 mm. Das
Verhältnis (c/d) zwischen der Länge c der Grenze
H und der Breite d jeder externen Elektrode 5 liegt im
Bereich 1,05 bis 3, insbesondere bei 1,13 in diesem Ausführungsbeispiel.Further, the length c (ie, the total extension length) of the boundary H is between the first and second sections 51 and 52 3.4 mm. The width d of each external electrode 5 in the direction perpendicular to the laminating direction X is 3 mm. The ratio (c / d) between the length c of the boundary H and the width d of each external electrode 5 is in the range 1.05 to 3, in particular 1.13 in this embodiment.
Darüber
hinaus besteht jede externe Elektrode 5 aus zum Beispiel
SUS304 (Edelstahlgüte gemäß japanischem
Industriestandard). Unter jeder externen Elektrode 5 ist
außerdem eine Unterlage aus Ni und eine Decklage aus Ag
ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass jede externe Elektrode 5 auch
aus anderen Materialien, etwa aus Edelstahl anderer Güten,
Phosphorbronze oder Metallen zum Herstellen von Federn, bestehen
kann.In addition, there is every external electrode 5 from, for example, SUS304 (stainless steel grade according to Japanese Industrial Standard). Under each external electrode 5 In addition, a pad of Ni and a cover layer of Ag is formed. It should be noted that any external electrode 5 may also consist of other materials, such as stainless steel other grades, phosphor bronze or metals for the manufacture of springs.
Als
nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen
piezoelektrischen Schichtelements 1 beschrieben.Next, a method of manufacturing the piezoelectric laminated member described above will be described 1 described.
Das
Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Schichtelements 1 enthält
in diesem Ausführungsbeispiel einen Grünlagenausbildungsschritt,
einen Schritt zum Ausbilden von Elektrodenschichtausbildungslagen,
einen Schritt zum Ausbilden einer Schlitzausbildungslage, einen
Thermokompressionsverbindungsschritt, einen Schichtkörperschneideschritt,
einen Brennschritt und einen Elektrodenverbindungsschritt.The method for producing the piezoelectric layer element 1 In this embodiment, it includes a green sheet forming step, an electrode layer forming sheet forming step, a slit forming sheet forming step, a thermo-compression joint step, a laminated cutting step, a firing step, and an electrode bonding step.
– Grünlagenausbildung –- green course training -
Als
erstes werden Rohmaterialpulver für Blei-Zirkonat-Titanat
(PZT), das eine piezoelektrische Keramik ist, angefertigt. Als Ausgangsmaterialien
werden insbesondere Pulver aus PB3O4, SrCO3, ZrO2 , TiO2,
Y2O3 und Nb2O5 angefertigt und
im stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, um
PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y1/2Nb1/2)O3 zu bilden. Dann werden die Pulver nass
gemischt und fünf Stunden lang bei 850°C kalziniert,
um eine Pulvermischung auszubilden.First, raw material powder for lead zirconate titanate (PZT), which is a piezoelectric ceramic, is prepared. In particular, powders of PB 3 O 4 , SrCO 3 , ZrO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 and Nb 2 O 5 are prepared as starting materials and weighed in a stoichiometric ratio to obtain PbZrO 3 -PbTiO 3 -Pb (Y 1/2 Nb 1/2 ) O 3 . Then, the powders are wet mixed and calcined at 850 ° C for five hours to form a powder mixture.
Als
nächstes wird die Pulvermischung mittels einer Perlmühle
nass gemahlen und getrocknet, so dass sie einen Teilchendurchmesser
(D50-Wert) von 0,7 ± 0,05 μm
hat. Dann wird die Pulvermischung mit einem Lösungsmittel,
einem Bindemittel, einem Weichmacher und einem Dispergiermittel
ergänzt und mittels einer Kugelmühle gemischt,
um eine Schlämme auszubilden. Die Schlämme wird
danach vakuumentgast und in ihrer Viskosität eingestellt,
während sie innerhalb einer Vakuumanlage mittels eines
Rührers gerührt wird.Next, the powder mixture is wet-ground by means of a bead mill and dried to have a particle diameter (D 50 value) of 0.7 ± 0.05 μm. Then, the powder mixture is supplemented with a solvent, a binder, a plasticizer and a dispersant and mixed by means of a ball mill to form a slurry. The slurry is then vacuum degassed and adjusted in viscosity while being stirred in a vacuum plant by means of a stirrer.
Des
Weiteren wird die Schlämme durch ein Rakelverfahren auf
einem Trägerfilm aufgebracht, um eine lange Grünlage
mit einer Dicke von zum Beispiel 80 μm auszubilden. Die
lange Grünlage wird durch einen Schneider in eine Vielzahl
von Grünlagen 110 vorbestimmter Größe
geschnitten, wie sie in den 4–6 gezeigt
sind.Further, the slurry is applied on a carrier film by a doctor blade method to form a long green sheet having a thickness of, for example, 80 μm. The long green area is transformed by a tailor into a variety of green areas 110 cut to a predetermined size, as in the 4 - 6 are shown.
Ferner
wird darauf hingewiesen, dass die Grünlagen 110 auch
durch andere Verfahren, etwa durch Strangpressen, ausgebildet werden
können.It should also be noted that the green areas 110 also by other methods, such as by extrusion, can be formed.
– Ausbilden von Elektrodenschichtausbildungslagen –Forming Electrode Layer Forming Layers
Wie
aus 4 hervorgeht, hat eine der Grünlagen 110,
die zum Ausbilden der Innenelektrodenschichten 13 des piezoelektrischen
Schichtelements 1 verwendet wird, eine Vielzahl von Druckbereichen 41 mit
dazwischen liegenden Zwischenräumen 42. Auf jeden
der Druckbereiche 41 wird ein Druckmaterial 130 gedruckt,
wodurch eine erste Elektrodenschichtausbildungslage 31 ausgebildet
wird. Darüber hinaus wird das Elektrodenmaterial 130 in
diesem Ausführungsbeispiel so auf jedem Druckbereich 41 aufgebracht,
dass es nur zu einer Seite (d. h. zur linken Seite in 4)
des Druckbereichs 41 frei liegt. Durch eine solche Aufbringung des
Elektrodenmaterials 130 wird jede Innenelektrodenschicht 13 in
dem sich ergebenden piezoelektrischen Schichtelement 1 zur
Seitenfläche 151 des Keramikschichtkörpers 15 frei
liegen.How out 4 shows, has one of the greens 110 used to form the internal electrode layers 13 of the piezoelectric layer element 1 used, a variety of pressure ranges 41 with intermediate spaces 42 , On each of the pressure ranges 41 becomes a printing material 130 printing, whereby a first electrode layer forming layer 31 is trained. In addition, the electrode material becomes 130 in this embodiment, on each printing area 41 applied that it is only to one side (ie to the left in 4 ) of the printing area 41 is free. By such application of the electrode material 130 becomes each inner electrode layer 13 in the resulting piezoelectric layer element 1 to the side surface 151 of the ceramic laminated body 15 lie free.
Wie
aus 5 hervorgeht, hat andererseits eine der Grünlagen 110,
die zum Ausbilden der Innenelektrodenschichten 14 des piezoelektrischen
Schichtelements 1 verwendet wird, eine Vielzahl von Druckbereichen 41 mit
dazwischen liegenden Zwischenräumen 42. Auf jeden
Druckbereich 41 wird ein Elektrodenmaterial 140 gedruckt,
wodurch eine zweite Elektrodenschichtausbildungslage 32 ausgebildet
wird. Darüber hinaus wird das Elektrodenmaterial 140 in
diesem Ausführungsbeispiel so auf jedem Druckbereich 41 aufgebracht, dass
es zu drei Seiten (d. h. zur vorderen, hinteren und rechten Seite
in 5) der Druckbereiche 41 frei liegt. Durch
eine solche Aufbringung des Elektrodenmaterials 140 wird
jede Innenelektrodenschicht 14 in dem sich ergebenden piezoelektrischen
Schichtelement 1 nicht nur zur Seitenfläche 152 des
Keramikschichtkörpers 15, sondern auch zu anderen
Bereichen der Außenfläche 150 des Keramikschichtkörpers 15 als
den Seitenflächen 151 und 152 frei liegen.How out 5 On the other hand, one of the green areas 110 used to form the internal electrode layers 14 of the piezoelectric layer element 1 used, a variety of pressure ranges 41 with intermediate spaces 42 , On every print area 41 becomes an electrode material 140 printed, thereby forming a second electrode layer forming layer 32 is trained. In addition, the electrode material becomes 140 in this embodiment, on each printing area 41 applied it to three sides (ie to the front, back and right side in 5 ) of the pressure ranges 41 is free. By such application of the electrode material 140 becomes each inner electrode layer 14 in the resulting piezoelectric layer element 1 not only to the side surface 152 of the ceramic laminated body 15 but also to other areas of the outer surface 150 of the ceramic laminated body 15 as the side surfaces 151 and 152 lie free.
In
diesem Ausführungsbeispiel setzen sich sowohl das Elektrodenmaterial 130 als
auch das Elektrodenmaterial 140 aus einer pastenförmigen
Ag-Pd-Legierung zusammen.In this embodiment, both set the electrode material 130 as well as the electrode material 140 composed of a pasty Ag-Pd alloy.
Ferner
wird darauf hingewiesen, dass sich die Elektrodenmaterialien 130 und 140 auch
aus anderen Metallen, etwa aus reinem Ag, reinem Pd, reinem Cu,
reinem Ni oder einer Cu-Ni-Legierung, zusammensetzen können.It should also be noted that the electrode materials 130 and 140 can also be composed of other metals, such as pure Ag, pure Pd, pure Cu, pure Ni or a Cu-Ni alloy.
– Bilden einer Schlitzausbildungslage –Forming a slot formation layer
Wie
aus 6 hervorgeht, hat eine der Grünlagen 110,
die zum Ausbilden der Schlitze 12 des piezoelektrischen
Schichtelements 1 verwendet wird, eine Vielzahl von Druckbereichen 41 mit
dazwischen liegenden Zwischenräumen 42. Auf jeden
Druckbereich 41 wird ein Schlitzausbildungsmaterial 120 aufgedruckt,
das in dem folgenden Brennschritt weggebrannt wird, um die Schlitze 12 zu
bilden, wodurch eine Schlitzausbildungslage 33 ausgebildet
wird. Ferner ist das Schlitzausbildungsmaterial 120 auf
der Schlitzausbildungslage 33 in jedem Druckbereich 41 als
ein rechteckiger Ring ausgebildet.How out 6 shows, has one of the greens 110 that is to form the slots 12 of the piezoelectric layer element 1 used, a variety of pressure ranges 41 with intermediate spaces 42 , On every print area 41 becomes a slot forming material 120 imprinted, which is burned away in the following firing step, around the slots 12 to form, creating a slot formation layer 33 is trained. Further, the slit forming material is 120 on the slot training position 33 in every pressure range 41 formed as a rectangular ring.
In
diesem Ausführungsbeispiel setzt sich das Schlitzausbildungsmaterial 120 aus
Kohlenstoffteilchen zusammen, um die Wärmeverformung des
Schlitzausbildungsmaterials 120 zu minimieren und die Abmessungsgenauigkeit
der sich ergebenden Schlitze 12 zu maximieren.In this embodiment, the slot forming material settles 120 composed of carbon particles to effect the thermal deformation of the slot forming material 120 to minimize and the dimensional accuracy of the resulting slots 12 to maximize.
Es
wird darauf hingewiesen, dass sich das Schlitzausbildungsmaterial 120 auch
aus anderen Materialien, etwa aus verkohlten organischen Teilchen,
zusammensetzen kann. Außerdem können die verkohlten
organischen Teilchen entweder durch Verkohlen von organischen Teilchen
oder durch Schleifen eines verkohlten organischen Materials zu Teilchen
erzielt werden. Darüber hinaus kann sich das organische
Material aus entweder einem Polymermaterial wie einem Acrylatharz
oder aus Getreide wie Mais, Sojabohne oder Weizen zusammensetzen.
Bei Verwendung der verkohlten organischen Teilchen ist es möglich,
die Herstellungskosten des piezoelektrischen Schichtelements 1 zu
senken.It should be noted that the slot forming material 120 can also be composed of other materials, such as charred organic particles. In addition, the charred organic particles can be obtained either by charring organic particles or by grinding a charred organic material into particles. In addition, the organic material may be composed of either a polymeric material such as an acrylate resin or of cereals such as corn, soybean or wheat. When using the charred organic particles, it is possible to reduce the manufacturing cost of the piezoelectric laminated member 1 to lower.
Es
wird darauf hingewiesen, dass die Schlitze 12 auch durch
andere Verfahren, etwa durch eine maschinelle Bearbeitung des Keramikschichtkörpers 15 nach
dem Brennschritt, ausgebildet werden können.It should be noted that the slots 12 also by other methods, such as by machining the ceramic layer body 15 after the firing step, can be formed.
– Thermokompressionsverbinden –- thermocompression bonding -
Wie
aus 7 hervorgeht, werden eine Vielzahl von ersten
Elektrodenschichtausbildungslagen 31, eine Vielzahl von
zweiten Elektrodenschichtausbildungslagen 32 und eine Vielzahl
von Schlitzausbildungslagen 33 zusammen in einer vorbestimmten
Abfolge aufgeschichtet, wobei die entsprechenden Druckbereiche 41 in
den Lagen 31, 32 und 33 in der Aufschichtungsrichtung
X ausgerichtet sind. Darüber hinaus werden die ersten Elektrodenschichtausbildungslagen 31 abwechselnd
mit den zweiten Elektrodenschichtausbildungslagen 32 aufgeschichtet,
und die Schlitzausbildungslagen 33 werden an Positionen
zwischen den ersten und zweiten Elektrodenschichtausbildungslagen 31 und 32,
an denen die Schlitze 12 ausgebildet werden sollen, eingefügt.How out 7 As a result, a plurality of first electrode layer forming layers become 31 , a plurality of second electrode layer forming layers 32 and a plurality of slot formation layers 33 stacked together in a predetermined sequence, the corresponding pressure ranges 41 in the layers 31 . 32 and 33 aligned in the Aufschichtungsrichtung X. In addition, the first electrode layer forming layers become 31 alternating with the second electrode layer forming layers 32 piled up, and the slot formation layers 33 become positions between the first and second electrode layer forming layers 31 and 32 where the slots 12 to be formed inserted.
Genauer
gesagt beträgt die Gesamtzahl der abwechselnd aufgeschichteten
ersten und zweiten Elektrodenschichtausbildungslagen 31 und 32 in
diesem Ausführungsbeispiel 59. Außerdem
beträgt die Anzahl der ersten und zweiten Elektrodenschichtausbildungslagen 31 und 32,
die zwischen jedem Paar benachbarter Schlitzausbildungslagen 33 vorgesehen
sind, elf. Auf der Ober- und Unterseite aller aufgeschichteter Lagen 31, 32 und 33 werden
außerdem jeweils zwei Grünlagen 110 aufgeschichtet,
von denen keine die Elektrodenmaterialien 130 und 140 und
das Schlitzausbildungsmaterial 120 aufgedruckt hat. Des
Weiteren liegt das Elektrodenmaterial 130, wie zuvor beschrieben
wurde, auf jeder ersten Elektrodenschichtausbildungslage 31 zur linken
Seite der Druckbereiche 41 frei, wohingegen das Elektrodenmaterial 140 auf
jeder zweiten Elektrodenschichtausbildungslage 32 zur rechten
Seite der Druckbereiche 41 frei liegt.More specifically, the total number of the alternately stacked first and second electrode layer forming layers is 31 and 32 in this embodiment 59 , In addition, the number of the first and second electrode layer forming layers is 31 and 32 between each pair of adjacent slot forming layers 33 are provided, eleven. On the top and bottom of all layered layers 31 . 32 and 33 In addition, two green layers each 110 layered, none of which are the electrode materials 130 and 140 and the slit forming material 120 has printed. Furthermore, the electrode material is located 130 as described above, on each first electrode layer forming layer 31 to the left of the print areas 41 free, whereas the electrode material 140 on every other electrode layer forming layer 32 to the right side of the print areas 41 is free.
Sämtliche
aufgeschichtete Lagen 31, 32 und 33 werden
in der Aufschichtungsrichtung X bei einem Druck von 50 MPa komprimiert,
während sie bei einer Temperatur von 100°C erhitzt
werden, wodurch ein vorläufiger Schichtkörper 100 ausgebildet
wird.All layered layers 31 . 32 and 33 are compressed in the laminating direction X at a pressure of 50 MPa while being heated at a temperature of 100 ° C, thereby forming a preliminary composite 100 is trained.
Es
sollte beachtet werden, dass der vorläufige Schichtkörper 100 in 7 aus
Gründen der Einfachheit so dargestellt ist, dass er nur
eine geringere Anzahl der Lagen 31, 32 und 33 aufweist,
als er tatsächlich hat.It should be noted that the preliminary composite body 100 in 7 For the sake of simplicity, it is shown that it has only a smaller number of layers 31 . 32 and 33 has, as he actually has.
– Schichtkörper
Schneiden –- Laminated body
To cut -
Wie
aus den 8–10 hervorgeht,
wird der vorläufige Schichtkörper 100 in
der Aufschichtungsrichtung entlang der Schnittlinien 43 geschnitten,
wodurch eine Vielzahl von Zwischenschichtkörpern 10 ausgebildet
wird.Like from the 8th - 10 shows, is the preliminary composite body 100 in the stratification direction along the cutting lines 43 cut, creating a variety of interlayer bodies 10 is trained.
Der
vorläufige Schichtkörper 100 wird in
diesem Ausführungsbeispiel jedes Mal für nur einen
der Zwischenschichtkörper 10 geschnitten, wodurch
die Elektrodenmaterialien 130 und 140 und das
Schlitzausbildungsmaterial 130 zu den entsprechenden Seitenflächen
des Zwischenschichtkörpers 10 frei gelegt werden. Es
wird darauf hingewiesen, dass der vorläufige Schichtkörper 100 auch
jedes Mal für zwei oder mehr der Zwischenschichtkörper 10 geschnitten
werden kann.The preliminary composite 100 In this embodiment, each time is only one of the interlayer bodies 10 cut, causing the electrode materials 130 and 140 and the slit forming material 130 to the corresponding side surfaces of the interlayer body 10 be released. It should be noted that the preliminary composite body 100 also every time for two or more of the interlayer bodies 10 can be cut.
Darüber
hinaus sollte beachtet werden, dass der vorläufige Schichtkörper 100 und
die Zwischenschichtkörper 10 in den 9 und 10 aus
Gründen der Einfachheit so dargestellt sind, dass sie nur
eine kleinere Anzahl der Lagen 31, 32 und 33 aufweisen,
als sie tatsächlich haben.In addition, it should be noted that the preliminary composite body 100 and the interlayer bodies 10 in the 9 and 10 For the sake of simplicity, they are shown as having only one smaller number of layers 31 . 32 and 33 have as they actually have.
– Brennen –- burning -
Der
in 10 gezeigte Zwischenschichtkörper 10 wird
erhitzt und entfettet, wodurch mehr als 90% des in den Grünlagen 110 enthaltenen
Bindemittelharzes entfernt werden. Das Erhitzen erfolgt auf eine
solche Art und Weise, dass die Temperatur des Zwischenschichtkörpers 10 über
80 Stunden allmählich auf 500°C erhöht wird
und dann 5 Stunden lang bei 500°C gehalten wird.The in 10 shown intermediate layer body 10 is heated and degreased, leaving more than 90% of the green areas 110 contained binder resin can be removed. The heating is performed in such a manner that the temperature of the interlayer body 10 is gradually increased to 500 ° C over 80 hours and then held at 500 ° C for 5 hours.
Dann
wird der Zwischenschichtkörper 10 auf eine solche
Art und Weise gebrannt, dass die Temperatur des Zwischenschichtkörpers 10 über
2 Stunden allmählich auf 1050°C erhöht
wird, 2 Stunden lang bei 1050°C gehalten wird und dann
allmählich verringert wird.Then, the interlayer body becomes 10 fired in such a way that the temperature of the interlayer body 10 is gradually increased to 1050 ° C over 2 hours, kept at 1050 ° C for 2 hours, and then gradually reduced.
Dadurch
wird ein Keramikschichtkörper 15 erzielt. Der
Keramikschichtkörper 15 weist, wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, eine Vielzahl von Schlitzen 12 auf, die im Brennschritt
durch Wegbrennen des in dem Zwischenschichtkörper 10 enthaltenen
Schlitzausbildungsmaterials 120 ausgebildet werden. Darüber
hinaus sind in dem Keramikschichtkörper 15 eine
Vielzahl von piezoelektrischen Schichten 11, die im Brennschritt
durch Sintern der Grünlagen 110 ausgebildet werden,
in der Aufschichtungsrichtung abwechselnd mit einer Vielzahl von
Innenelektrodenschichten 13 und 14 angeordnet,
die aus den Elektrodenmaterialien 130 und 140 ausgebildet
werden.As a result, a ceramic layer body 15 achieved. The ceramic layer body 15 points, as in the 1 and 2 shown is a variety of slots 12 in the firing step by burning away the in the interlayer body 10 contained slot training material 120 be formed. Moreover, in the ceramic laminated body 15 a plurality of piezoelectric layers 11 in the firing step by sintering the green sheets 110 are formed, in the Aufschichtungsrichtung alternately with a plurality of inner electrode layers 13 and 14 arranged, consisting of the electrode materials 130 and 140 be formed.
Außerdem
wird der Keramikschichtkörper 15 über
seine gesamte Außenfläche 150 auf eine
Größe von 6 mm (Länge) × 6 mm
(Breite) × 4,8 mm (Höhe) poliert. Dann wird auf
die beiden Seitenflächen 151 und 152 des
Keramikschichtkörpers 15 eine Ag-Paste aufgebracht
und gebrannt, die einen Glasbestandteil enthält, um die
in 2 gezeigten Seitenelektroden 21 und 22 auszubilden.
Anschließend werden sämtliche Innenelektrodenschichten 13 jeweils
nur mit der Seitenelektrode 21 elektrisch verbunden, während
sämtliche Innenelektrodenschichten 14 jeweils
nur mit der Seitenelektrode 22 elektrisch verbunden werden.In addition, the ceramic laminated body becomes 15 over its entire outer surface 150 polished to a size of 6 mm (length) × 6 mm (width) × 4.8 mm (height). Then it will be on the two side surfaces 151 and 152 of the ceramic laminated body 15 applied and fired an Ag paste containing a glass component to the in 2 shown side electrodes 21 and 22 train. Subsequently, all internal electrode layers 13 only with the side electrode 21 electrically connected while all internal electrode layers 14 only with the side electrode 22 be electrically connected.
– Externe Elektroden
Verbinden –- External electrodes
Connect -
Zunächst
werden als Grundmaterial der externen Elektroden 5 zwei
Bleche aus Edelstahl (z. B. SUS304) mit einer Dicke von 0,1 mm angefertigt.
Jedes Edelstahlblech wird dann mittels einer Pressmaschine gestanzt,
um die Öffnungen 7 auszubilden, was eine der externen
Elektroden 5 ergibt.First, as the base material of the external electrodes 5 Two sheets of stainless steel (eg SUS304) made with a thickness of 0.1 mm. Each stainless steel sheet is then punched by means of a press machine around the openings 7 form what one of the external electrodes 5 results.
Wie
oben beschrieben wurde, umfassen die Öffnungen 7 jeder
externen Elektrode 5 ferner die ersten Öffnungen 71,
die außerhalb des Grenzbereichs 59 fallen, und
die zweiten Öffnungen 72, die innerhalb des Grenzbereichs 59 fallen.
Dementsprechend erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel der
Stanzvorgang für jede externe Elektrode 5, indem
zwischen zwei Pressformen gewechselt wird, und zwar zwischen einer für
die ersten Öffnungen 71 und einer anderen für
die zweiten Öffnungen 72.As described above, the openings include 7 every external electrode 5 furthermore, the first openings 71 that are out of bounds 59 fall, and the second openings 72 that are within the limit 59 fall. Accordingly, in this embodiment, the punching operation is performed for each external electrode 5 by switching between two dies, between one for the first openings 71 and another for the second openings 72 ,
Es
wird darauf hingewiesen, dass die externen Elektroden 5 auch
durch andere Verfahren, etwa durch eine Streckmetallverarbeitung
oder durch Ätzen, hergestellt werden können.It should be noted that the external electrodes 5 also by other methods, such as by an expanded metal processing or by etching, can be produced.
Als
nächstes folgt für jede externe Elektrode 5 ein
elektrolytisches Überziehen in zwei Stufen, um die Unterschicht
aus Ni mit einer Dicke von etwa 0,1 μm und die Deckschicht
aus Ag mit einer Dicke von etwa 1,5 μm auszubilden.Next follows for each external electrode 5 electrolytic coating in two stages to form the underlayer of Ni having a thickness of about 0.1 μm and the covering layer of Ag having a thickness of about 1.5 μm.
Danach
wird auf die beiden in 2 gezeigten Seitenelektroden 21 und 22 der
elektrisch leitende Klebstoff 23 aufgebracht. Dann werden
die externen Elektroden 5 jeweils auf den Schichten des
auf den Seitenelektroden 21 und 22 ausgebildeten
elektrisch leitenden Klebstoffs 23 angeordnet, so dass
der elektrisch leitende Klebstoff 23 in jede Öffnung 7 der
externen Elektroden 5 eindringt. Schließlich wird
der elektrisch leitende Klebstoff 23 durch Erhitzen ausgehärtet,
wodurch die externen Elektroden 5 jeweils mit den Seitenelektroden 21 und 22 verbunden
werden.After that, the two in 2 shown side electrodes 21 and 22 the electrically conductive adhesive 23 applied. Then the external electrodes 5 each on the layers of the on the side electrodes 21 and 22 formed electrically conductive adhesive 23 arranged so that the electrically conductive adhesive 23 in every opening 7 the external electrodes 5 penetrates. Finally, the electrically conductive adhesive 23 cured by heating, eliminating the external electrodes 5 each with the side electrodes 21 and 22 get connected.
Ferner
wird der elektrisch leitende Klebstoff 23 hergestellt,
indem ein schuppenförmiger Ag-Füllstoff in einem
Epoxidharz verteilt wird. Außerdem kann für den
elektrisch leitenden Klebstoff 23 anstelle des Epoxidharzes
auch ein mit Silikon modifiziertes Epoxidharz oder ein Silikonharz
verwendet werden.Furthermore, the electrically conductive adhesive 23 prepared by distributing a flaky Ag filler in an epoxy resin. Also, for the electrically conductive adhesive 23 Instead of the epoxy resin, a silicone-modified epoxy resin or a silicone resin can be used.
Es
wird darauf hingewiesen, dass die externen Elektroden 5 mit
den Seitenelektroden 21 und 22 auch durch andere
Verfahren, etwa durch Löten, verbunden werden können.It should be noted that the external electrodes 5 with the side electrodes 21 and 22 can also be connected by other methods, such as by soldering.
Indem
sämtliche oben beschriebenen Schritte durchgeführt
werden, wird das in den 1–3 gezeigte
piezoelektrische Schichtelement 1 erzielt. Es sollte beachtet
werden, dass das piezoelektrische Schichtelement 1 in den 1 und 2 aus
Gründen der Einfachheit so dargestellt ist, dass es nur
eine geringere Anzahl der Schichten 11, 13 und 14 aufweist,
als es tatsächlich hat.By performing all the steps described above, this is done in the 1 - 3 shown piezoelectric layer element 1 achieved. It should be noted that the piezoelectric layer element 1 in the 1 and 2 For the sake of simplicity, it is shown that there are only a smaller number of layers 11 . 13 and 14 has, as it actually has.
Das
piezoelektrische Schichtelement 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel hat die folgenden Vorteile.The piezoelectric layer element 1 According to this embodiment, the following advantages.
In
dem piezoelektrischen Schichtelement 1 weist jede externe
Elektrode 5 den ersten Abschnitt 51, den zweiten
Abschnitt 52 und den Grenzbereich 59 zwischen
dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 auf, wobei
all diese aneinander in der Aufschichtungsrichtung X des Keramikschichtkörpers 15 ausgerichtet
sind.In the piezoelectric layer element 1 indicates each external electrode 5 the first section 51 , the second section 52 and the border area 59 between the first and second sections 51 and 52 all of which are juxtaposed in the laminating direction X of the ceramic laminated body 15 are aligned.
In
dem ersten Abschnitt 51 ist die Vielzahl von Öffnungen 7 ausgebildet,
so dass sich der erste Abschnitt 51 in der Aufschichtungsrichtung
X des Keramikschichtkörpers 15 ausdehnen und zusammenziehen kann.In the first section 51 is the multitude of openings 7 designed so that the first section 51 in the laminating direction X of the ceramic laminated body 15 expand and contract.
Mit
dem ersten Abschnitt 51 kann folglich jede externe Elektrode 5 der
Ausdehn-/Zusammenziehbewegung der piezoelektrischen Schichten 11 des
Keramikschichtkörpers 15 folgen, wodurch Spannung
abgebaut wird, die darin aufgrund der Ausdehn-/Zusammenziehbewegung
der piezoelektrischen Schichten 11 eingebracht wird. Dadurch
ist es möglich, eine hohe Haltbarkeit jeder externen Elektrode 5 sicherzustellen.With the first section 51 can therefore any external electrode 5 the expansion / contraction movement of the piezoelectric layers 11 of the ceramic laminated body 15 follow, whereby stress is released, which is due to the expansion / contraction movement of the piezoelectric layers 11 is introduced. This makes it possible to have a high durability of each external electrode 5 sure.
Andererseits
ist am Längsende 501 der externen Elektrode 5 der
zweite Abschnitt 52 vorgesehen, ohne dass in ihm irgendeine Öffnung
ausgebildet ist.On the other hand, at the longitudinal end 501 the external electrode 5 the second section 52 provided, without any opening is formed in it.
Mit
dem zweiten Abschnitt 52 ist es folglich möglich,
zwischen jeder externen Elektrode 5 und einem entsprechenden
externen Anschluss (nicht gezeigt), der mit der externen Elektrode 5 verbunden
wird, um ihr Elektroenergie zuzuführen, eine ausreichende
Kontaktfläche zu gewährleisten. Dadurch ist es
möglich, zwischen dem piezoelektrischen Schichtelement 1 und
einer externen Vorrichtung oder einem externen Schaltkreis eine
zuverlässige elektrische Verbindung sicherzustellen.With the second section 52 It is therefore possible between each external electrode 5 and a corresponding external terminal (not shown) connected to the external electrode 5 is connected to supply their electrical energy, to ensure a sufficient contact surface. This makes it possible between the piezoelectric layer element 1 and an external device or circuit to ensure a reliable electrical connection.
Darüber
hinaus ist der Grenzbereich 59 so ausgebildet, dass eine
hypothetische Linie G, die senkrecht zur Aufschichtungsrichtung
X des Keramikschichtkörpers 15 durch den Grenzbereich 59 verläuft,
sowohl den ersten als auch den zweiten Abschnitt 51 und 52 schneidet.
Die Öffnungen 7 des ersten Abschnitts 51 umfassen
die ersten Öffnungen 71, die außerhalb
des Grenzbereichs 59 fallen, und die zweiten Öffnungen 72,
die innerhalb des Grenzbereichs 59 fallen. Des Weiteren
sind die folgenden Abmessungszusammenhänge erfüllt: 0,5b ≤ a ≤ 10b
und 1,05 ≤ (c/d) ≤ 3, wobei a die Länge
des Grenzbereichs 59 in der Aufschichtungsrichtung X des
Keramikschichtkörpers 15 ist, b die Länge
jeder zweiten Öffnung 72 in der Aufschichtungsrichtung
X ist, c die Länge der Grenze H zwischen dem ersten und
zweiten Abschnitt 51 und 52 ist und d die Breite
der externen Elektrode 5 in der Richtung senkrecht zur
Aufschichtungsrichtung X ist.In addition, the border area 59 formed so that a hypothetical line G, which is perpendicular to the Aufschichtungsrichtung X of the ceramic layer body 15 through the border area 59 runs, both the first and the second section 51 and 52 cuts. The openings 7 of the first section 51 include the first openings 71 that are out of bounds 59 fall, and the second openings 72 that are within the limit 59 fall. Furthermore, the following dimensional relationships are satisfied: 0.5b ≦ a ≦ 10b and 1.05 ≦ (c / d) ≦ 3, where a is the length of the boundary 59 in the laminating direction X of the ceramic laminated body 15 b is the length of every other opening 72 in the lapping direction X, c is the length of the boundary H between the first and second sections 51 and 52 and d is the width of the external electrode 5 in the direction perpendicular to the Aufschichtungsrichtung X is.
Mit
dem Grenzbereich 59, der die Grenze H zwischen dem ersten
und zweiten Abschnitt 51 und 52 enthält
und die Länge a in der Aufschichtungsrichtung X des Keramikschichtkörpers 15 hat,
ist es möglich, Spannung zu verteilen, die in der Aufschichtungsrichtung
X um die Grenze H herum eingebracht wird.With the border area 59 that is the boundary H between the first and second sections 51 and 52 contains and the length a in the Aufschichtungsrichtung X of the ceramic layer body 15 it is possible to distribute stress introduced in the laminating direction X around the boundary H.
Außerdem
ist es durch Festlegen des Abmessungszusammenhangs 0,5b ≤ a ≤ 10b
möglich, mittels der zweiten Öffnungen 72 wirksam
Spannung abzubauen, die innerhalb des Grenzbereichs 59 eingebracht wird.
Darüber hinaus ist es durch Festlegen des Abmessungszusammenhangs
1,05 ≤ (c/d) ≤ 3 möglich, eine ausreichend
große Länge des Grenzbereichs 59 zu gewährleisten,
wodurch die Spannung, die in der Aufschichtungsrichtung X um die
Grenze H herum eingebracht wird, noch zuverlässiger verteilt
wird.In addition, by setting the dimensional relationship, 0.5b ≦ a ≦ 10b is possible by means of the second openings 72 effective to dissipate stress, which is within the limit 59 is introduced. In addition, by setting the dimensional relationship 1.05 ≦ (c / d) ≦ 3, it is possible to have a sufficiently large length of the boundary region 59 to ensure that the stress introduced in the laminating direction X around the boundary H is distributed even more reliably.
Folglich
ist es möglich, wirksam eine Spannungskonzentration an
der Grenze H zu unterdrücken, wodurch zuverlässig
verhindert wird, dass eine der externen Elektroden 5 an
der Grenze H bricht. Dadurch ist es möglich, eine hohe
Haltbarkeit und Zuverlässigkeit jeder externen Elektrode 5 sicherzustellen.Consequently, it is possible to effectively suppress a stress concentration at the boundary H, thereby reliably preventing one of the external electrodes 5 at the border H breaks. This makes it possible to have a high durability and reliability of each external electrode 5 sure.
Falls
ferner a < 0,5b
wäre, würde die Länge b jeder zweiten Öffnung 72 zu
groß werden, was es schwierig machen würde, die
mechanische Festigkeit um die Grenze H herum sicherzustellen. Falls
a > 10b wäre,
wäre dagegen die Länge jeder zweiten Öffnung 72 zu
klein, was es schwierig machen würde, wirksam mit den zweiten Öffnungen 72 die
Spannung abzubauen, die innerhalb des Grenzbereichs 59 eingebracht
wird. Falls (c/d) < 1,05
wäre, wäre es schwierig, eine ausreichend große
Länge des Grenzbereichs 59 zu gewährleisten.
Falls (c/d) > 3 wäre,
wäre dagegen die Länge des zweiten Abschnitts 52 zu
lang, was es der externen Elektrode 5 erschweren würde,
der Ausdehn-/Zusammenziehbewegung der piezoelektrischen Schichten 11 des
Keramikschichtkörpers 15 zu folgen.Further, if a <0.5b, the length b of each second opening would become 72 become too large, which would make it difficult to ensure the mechanical strength around the boundary H. If a> 10b, on the other hand, the length of every second opening would be 72 too small, which would make it difficult to be effective with the second openings 72 to release the tension that is within the limit 59 is introduced. If (c / d) <1.05, it would be difficult to have a sufficiently long length of the boundary 59 to ensure. If (c / d) were> 3, on the other hand, the length of the second section would be 52 too long, what is the external electrode 5 would complicate the expansion / contraction movement of the piezoelectric layers 11 of the ceramic laminated body 15 to follow.
In
diesem Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 7 des
ersten Abschnitts 51 jeweils zu einer rhombischen Form
ausgebildet und gleichmäßig verteilt, so dass
der erste Abschnitt 51 die Form eines Gitters hat.In this embodiment, the openings 7 of the first section 51 each formed into a rhombic shape and evenly distributed, so that the first section 51 has the shape of a grid.
Mit
der obigen Ausbildung der Öffnungen ist es möglich,
das Ausdehn-/Zusammenziehvermögen des ersten Abschnitts 51 zu
verbessern, wodurch die in die externe Elektrode 5 eingebrachte
Spannung noch wirksamer abgebaut wird.With the above configuration of the openings, it is possible to increase the expanding / contracting ability of the first section 51 improve, causing the in the external electrode 5 introduced voltage is degraded more effectively.
Der
Keramikschichtkörper 15 weist in diesem Ausführungsbeispiel
die Schlitze 12 auf, von denen jeder von der Außenfläche 150 des
Keramikschichtkörpers 15 um die vorbestimmte Tiefe
zurückgesetzt ist und in der Umfangsrichtung des Keramikschichtkörpers 15 verläuft,
so dass er den gesamten Umfang des Keramikschichtkörpers 15 einnimmt.
Außerdem ist jeder Schlitz 12 in der Aufschichtungsrichtung
X des Keramikschichtkörpers 15 so positioniert,
dass keine der Innenelektrodenschichten 13 und 14 zu
einer Innenwand des Keramikschichtkörpers 15 frei
liegt, die den Schlitz 12 definiert. Darüber hinaus
sind die Schlitze 12 in der Aufschichtungsrichtung X in
vorbestimmten Intervallen beabstandet.The ceramic layer body 15 has slots in this embodiment 12 on, each of which from the outside surface 150 of the ceramic laminated body 15 is reset by the predetermined depth and in the circumferential direction of the ceramic laminated body 15 runs so that it covers the entire circumference of the ceramic laminated body 15 occupies. Besides, every slot is 12 in the laminating direction X of the ceramic laminated body 15 positioned so that none of the inner electrode layers 13 and 14 to an inner wall of the ceramic laminated body 15 is free, which is the slot 12 Are defined. In addition, the slots 12 in the lapping direction X at predetermined intervals.
Mit
den Schlitzen 12 ist es möglich, wirksam Spannung
abzubauen, die in der Aufschichtungsrichtung X in den Keramikschichtkörper 15 eingebracht
wird, wodurch eine hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
des Keramikschichtkörpers 15 sichergestellt wird.With the slots 12 For example, it is possible to effectively release stress in the laminating direction X into the ceramic laminated body 15 is introduced, whereby a high durability and reliability of the ceramic laminated body 15 is ensured.
Das
piezoelektrische Schichtelement 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel hat dementsprechend eine hohe Haltbarkeit
und Zuverlässigkeit.The piezoelectric layer element 1 Accordingly, according to this embodiment, high durability and reliability.
Zweites bis siebtes AusführungsbeispielSecond to seventh embodiments
11A zeigt den Aufbau jeder externen Elektrode 5 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Grenze H
zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 setzt
sich in diesem Ausführungsbeispiel wie gezeigt aus vier
Geradensegmenten zusammen, die miteinander so verbunden sind, dass die
Grenze H einen rechteckigen vorspringenden Abschnitt aufweist, der
zum ersten Abschnitt 51 vorspringt. Folglich hat der zweite
Abschnitt 52 im Grenzbereich 59 eine rechteckige
Form. 11A shows the structure of each external electrode 5 according to the second embodiment of the invention. The boundary H between the first and second sections 51 and 52 In this embodiment, as shown, is composed of four straight line segments which are connected to each other such that the boundary H has a rectangular protruding portion facing the first portion 51 projects. Consequently, the second section has 52 in the border area 59 a rectangular shape.
Es
wird darauf hingewiesen, dass die vier Geradensegmente auch so miteinander
verbunden sein können, dass die Grenze H einen rechteckigen
vorspringenden Abschnitt aufweist, der zum zweiten Abschnitt 52 vorspringt.
In diesem Fall würde der erste Abschnitt 51 im
Grenzbereich 59 eine rechteckige Form haben.It should be noted that the four straight line segments can also be connected to one another in such a way that the boundary H has a rectangular projecting section that leads to the second section 52 projects. In this case, the first section would 51 in the border area 59 have a rectangular shape.
11B zeigt den Aufbau jeder externen Elektrode 5 gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Grenze H
zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 verläuft
in diesem Ausführungsbeispiel wie gezeigt gerade, so dass
sie den Grenzbereich 59 diagonal halbiert. Folglich hat
der zweite Abschnitt 52 im Grenzbereich 59 die
Form eines rechtwinkligen Dreiecks. 11B shows the structure of each external electrode 5 according to the third embodiment of the invention. The boundary H between the first and second sections 51 and 52 in this embodiment, as shown, is straight, so that it is the border area 59 halved diagonally. Consequently, the second section has 52 in the border area 59 the shape of a right triangle.
11C zeigt den Aufbau jeder externen Elektrode 5 gemäß dem
vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Grenze H
zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 setzt
sich in diesem Ausführungsbeispiel wie gezeigt aus drei
Geradensegmenten zusammen, die so miteinander verbunden sind, dass die
Grenze H die Form eines abgeschnittenen Keils hat, der sich zum
ersten Abschnitt 51 hin verjüngt. 11C shows the structure of each external electrode 5 according to the fourth embodiment of the invention. The boundary H between the first and second sections 51 and 52 In this embodiment, as shown, it is composed of three straight line segments that are connected to each other such that the boundary H has the shape of a cut-off wedge that forms the first section 51 rejuvenated.
Folglich
hat der zweite Abschnitt 52 im Grenzbereich 59 eine
Trapezform.Consequently, the second section has 52 in the border area 59 a trapezoidal shape.
Es
wird darauf hingewiesen, dass die drei Geradensegmente auch so miteinander
verbunden sein können, dass die Grenze H die Form eines
abgeschnittenen Keils hat, der sich zum zweiten Abschnitt 52 hin verjüngt.
In diesem Fall würde der erste Abschnitt 51 im
Grenzbereich 59 eine Trapezform haben.It should be noted that the three straight line segments can also be connected to one another in such a way that the boundary H has the shape of a cut-off wedge which forms the second section 52 rejuvenated. In this case, the first section would 51 in the border area 59 have a trapezoidal shape.
11D zeigt den Aufbau jeder externen Elektrode 5 gemäß dem
fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die
Grenze H zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 verläuft
in diesem Ausführungsbeispiel wie gezeigt zickzackförmig,
so dass sie die Form einer dreieckigen Welle hat. 11D shows the structure of each external electrode 5 according to the fifth embodiment of the invention. The boundary H between the first and second sections 51 and 52 In this embodiment, as shown, zigzags to have the shape of a triangular wave.
12A zeigt den Aufbau jeder externen Elektrode 5 gemäß dem
sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Grenze
H zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 verläuft
in diesem Ausführungsbeispiel wie gezeigt in einer Kurve,
die ihre Mitte auf der Seite des ersten Abschnitts 51 hat. 12A shows the structure of each external electrode 5 according to the sixth embodiment of the invention. The boundary H between the first and second sections 51 and 52 runs in this embodiment in a curve as shown, its center on the side of the first section 51 Has.
Es
wird darauf hingewiesen, dass die Grenze H zwischen dem ersten und
zweiten Abschnitt 51 und 52 auch in einer Kurve
verlaufen kann, die ihre Mitte auf der Seite des zweiten Abschnitts 52 hat.It should be noted that the boundary H between the first and second section 51 and 52 can also run in a curve that is centered on the side of the second section 52 Has.
12B zeigt den Aufbau jeder externen Elektrode 5 gemäß dem
siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Grenze H
zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 verläuft
in diesem Ausführungsbeispiel wie gezeigt in einer Vielzahl
von Kurven, so dass sie die Form einer Welle hat. 12B shows the structure of each external electrode 5 according to the seventh embodiment of the invention. The boundary H between the first and second sections 51 and 52 In this embodiment, as shown, runs in a plurality of curves so that it has the shape of a shaft.
Auch
wenn dies grafisch nicht dargestellt ist, kann die Grenze H zwischen
dem ersten und zweiten Abschnitt 51 und 52 auch
aus einer Kombination von ein oder mehr Geradensegmenten mit ein
oder mehr gekrümmten Segmenten bestehen.Although not shown graphically, the boundary H between the first and second sections 51 and 52 also consist of a combination of one or more straight segments with one or more curved segments.
Mit
den obigen Gestaltungen der externen Elektroden 5 ist es
für das piezoelektrische Schichtelement 1 ebenfalls
möglich, die gleichen Vorteile wie im ersten Ausführungsbeispiel
zu erzielen.With the above configurations of the external electrodes 5 it is for the piezoelectric layer element 1 also possible to achieve the same advantages as in the first embodiment.
Achtes AusführungsbeispielEighth embodiment
13 zeigt
den Aufbau jeder externen Elektrode 5 gemäß dem
achten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
haben die zweiten Öffnungen 72 des ersten Abschnitts 51,
die innerhalb des Grenzbereichs 59 fallen, wie gezeigt
die gleiche Form, aber eine andere Größe als die
ersten Öffnungen 71 des ersten Abschnitts 51,
die außerhalb des Grenzbereichs 59 fallen. 13 shows the structure of each external electrode 5 according to the eighth embodiment of the invention. In this embodiment, the second openings 72 of the first section 51 that are within the limit 59 fall as shown the same shape but a different size than the first openings 71 of the first section 51 that are out of bounds 59 fall.
Und
zwar ist in diesem Ausführungsbeispiel die Länge
b der zweiten Öffnungen 72 in der Aufschichtungsrichtung
X kleiner als die Länge e der ersten Öffnungen 71 in
der Aufschichtungsrichtung X. Genauer gesagt ist b in diesem Ausführungsbeispiel
gleich 0,15 mm, während e gleich 0,35 mm ist.Namely, in this embodiment, the length b of the second openings 72 in the lapping direction X smaller than the length e of the first openings 71 in the lapping direction X. More specifically, in this embodiment, b is 0.15 mm, while e is 0.35 mm.
Darüber
hinaus stellt der Parameter e ähnlich wie im Fall der Länge
b die Länge jeder ersten Öffnung 71 in
der Aufschichtungsrichtung X dar, wenn sich die externe Elektrode 5 in
einem nicht verformten (d. h. weder ausgedehnten noch zusammengezogenen)
Zustand befindet.Moreover, similarly to the case of the length b, the parameter e represents the length of each first opening 71 in the laminating direction X when the external electrode 5 in an undeformed (ie neither expanded nor contracted) state.
Durch
die geringere Länge der zweiten Öffnungen 72 wird
die mechanische Festigkeit der externen Elektrode 5 um
die Grenze H zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 71 und 72 herum
gesteigert, wodurch die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
der externen Elektrode 5 weiter verbessert wird.Due to the shorter length of the second openings 72 becomes the mechanical strength of the external electrode 5 around the boundary H between the first and second sections 71 and 72 increased, thereby increasing the durability and reliability of the external electrode 5 is further improved.
Versuch 1Trial 1
Dieser
Versuch wurde durchgeführt, um die Wirkung des Parameters
(c/d) auf die Zugfestigkeit jeder externen Elektrode 5 zu
untersuchen. Wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben
wurde, stellt c die Länge der Grenze H zwischen dem ersten
und zweiten Abschnitt 51 und 52 dar, während
d die Breite jeder externen Elektrode 5 in der Richtung
senkrecht zur Aufschichtungsrichtung X des Keramikschichtkörpers 15 darstellt.This experiment was performed to determine the effect of the parameter (c / d) on the tensile strength of each external electrode 5 to investigate. As described in the first embodiment, c sets the length of the boundary H between the first and second sections 51 and 52 while d is the width of each external electrode 5 in the direction perpendicular to the laminating direction X of the ceramic laminated body 15 represents.
In
dem Versuch wurden vier Versuchskörper der externen Elektrode 5 mit
verschiedenen Werten von (c/d) überprüft. Dabei
hatten der erste bis dritte Versuchskörper den Aufbau gemäß dem
in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und der vierte Versuchskörper hatte den
in 17 gezeigten herkömmlichen Aufbau, in
dem (c/d) gleich 1 ist. Unter Verwendung eines AUTOGRAPH AGS-100B
(Hersteller: Shimadzu Corporation, Japan) als Messvorrichtung wurde
die Zugfestigkeit jedes Versuchskörpers gemessen.In the experiment, four experimental bodies of the external electrode 5 checked with different values of (c / d). The first to third test bodies had the structure according to the in 3 shown first embodiment of the invention, and the fourth test body had the in 17 shown in the conventional structure in which (c / d) is equal to 1. Using a AUTOGRAPH AGS-100B (manufactured by Shimadzu Corporation, Japan) as a measuring device, the tensile strength of each test piece was measured.
Genauer
gesagt wurde, wie aus den 14A und 14B hervorgeht, jeder Versuchskörper
zunächst mittels eines Einspannfutters mit zwei Paaren
Klauen 81 fixiert. Das erste Paar Klauen 81 griff
den ersten Abschnitt 51, während das zweite Paar
Klauen 81 den zweiten Abschnitt 52 griff. Der
Grenzbereich 59 befand sich zwischen dem ersten und zweiten
Paar Klauen 81, wobei die Futterspannweite zwischen den
Klauenpaaren 81 gleich 20 mm war. Dann wurden das erste
und zweite Paar Klauen 81 jeweils nach oben und unten gezogen,
wobei der Kraftaufnehmer 500 N anzeigte und die Messgeschwindigkeit
1,0 mm/Min betrug. Die Zugfestigkeit jedes Versuchskörpers
wurde gemessen, als der Versuchskörper brach.More specifically, as was said from the 14A and 14B shows, each test body first by means of a chuck with two pairs of claws 81 fixed. The first pair of claws 81 grabbed the first section 51 while the second pair of claws 81 the second section 52 Handle. The border area 59 was between the first and second pair of claws 81 , wherein the food span between the pairs of claws 81 equal to 20 mm. Then the first and second pair of claws became 81 each pulled up and down with the load cell indicating 500 N and the measuring speed being 1.0 mm / min. The tensile strength of each test piece was measured when the test piece broke.
15 zeigt
die Messergebnisse, wobei die horizontale Achse (c/d) darstellt
und die vertikale Achse die relative Zugfestigkeit darstellt. Dabei
wurde für jeden Versuchskörper die relative Zugfestigkeit
als Verhältnis der gemessenen Zugfestigkeit des Versuchskörpers
zur gemessenen Zugfestigkeit des vierten Versuchskörpers
berechnet, bei dem (c/d) gleich 1 war. 15 shows the measurement results, where the horizontal axis represents (c / d) and the vertical axis represents the relative tensile strength. For each test specimen, the relative tensile strength was calculated as the ratio of the measured tensile strength of the test specimen to the measured tensile strength of the fourth test specimen, where (c / d) was equal to 1.
Aus 15 ergibt
sich Folgendes: Die ersten bis dritten Versuchskörper mit
dem Aufbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung hatten alle eine höhere relative Zugfestigkeit
als der vierte Versuchskörper mit dem herkömmlichen
Aufbau, wobei die relative Zugfestigkeit mit dem Parameter (c/d)
zunahm.Out 15 the result is the following: The first to third experimental body with the structure according to the The first embodiment of the invention all had a higher relative tensile strength than the fourth test body of the conventional construction, with the relative tensile strength increasing with the parameter (c / d).
Aus
dem Versuch geht demnach klar hervor, dass die externen Elektroden 5 des
erfindungsgemäßen piezoelektrischen Schichtelements 1 eine
hohe Zugfestigkeit haben.It is therefore clear from the experiment that the external electrodes 5 the piezoelectric layer element according to the invention 1 have a high tensile strength.
Versuch 2Trial 2
Dieser
Versuch wurde durchgeführt, um die Wirkung des Parameters
(c/d) auf die Schwingungsfestigkeit jeder externen Elektrode 5 zu
untersuchen.This experiment was performed to determine the effect of the parameter (c / d) on the vibration resistance of each external electrode 5 to investigate.
In
dem Versuch wurden drei Versuchskörper des piezoelektrischen
Schichtelements 1 überprüft. Dabei wiesen der
erste und zweite Versuchskörper jeweils die externen Elektroden 5 mit
dem in 3 gezeigten Aufbau gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf, und der dritte
Versuchskörper wies die externen Elektroden 5 mit
dem in 17 gezeigten herkömmlichen
Aufbau auf, bei dem (c/d) gleich 1 war. Die Schwingungsfestigkeit
jedes Versuchskörpers wurde unter Verwendung eines Schwingungssimulationssystems
(Hersteller: IMV Corporation, Japan; Modell: VS-5000-35) beurteilt.In the experiment, three test bodies of the piezoelectric layer element 1 checked. The first and second test bodies each had the external electrodes 5 with the in 3 shown construction according to the first embodiment of the invention, and the third test body had the external electrodes 5 with the in 17 shown in the conventional structure in which (c / d) was 1. The vibration resistance of each test piece was evaluated by using a vibration simulation system (manufactured by IMV Corporation, Japan, Model: VS-5000-35).
Genauer
gesagt wurde jeder Versuchskörper durch Umspritzen in einem
Silikonharzelement eingebettet und in einen Metallrahmen gesetzt
und abgedichtet, wodurch eine Aktuatorbaugruppe ausgebildet wurde. Dann
wurde die Aktuatorbaugruppe in dem Schwingungssimulationssystem
installiert, wobei auf die Aktuatorbaugruppe unter einer Bedingung
von 30 G0-p und 20–2000 Hz 100 bis 500 Stunden lang eine
Schwingung aufgebracht wurde. Der Zustand der externen Elektroden 5 in
der Aktuatorbaugruppe wurde jeweils zu Zeitpunkten von 50, 100,
200 und 500 Stunden nach Beginn der Schwingungsaufbringung überprüft.More specifically, each test body was embedded by encapsulation in a silicone resin member and set in a metal frame and sealed, whereby an actuator assembly was formed. Then, the actuator assembly was installed in the vibration simulation system with oscillation applied to the actuator assembly under a condition of 30 G0-p and 20-2000 Hz for 100 to 500 hours. The state of the external electrodes 5 in the actuator assembly was checked at times of 50, 100, 200 and 500 hours after the start of the vibration application.
Die
Ergebnisse der Beurteilung sind in Tabelle 1 angegeben, wobei das
Symbol „O" angibt, dass die externen Elektroden 5 normal
blieben, wohingegen das Symbol „X" angibt, dass die externen
Elektroden 5 gebrochen waren. Tabelle 1 (c/d) Schwingungsaufbringungsdauer
(Std.)
50 100 200 500
1 O O X -
2 O O O X
5 O O O O
The results of the evaluation are given in Table 1, where the symbol "O" indicates that the external electrodes 5 normal, whereas the symbol "X" indicates that the external electrodes 5 were broken. Table 1 (CD) Vibration application time (hours)
50 100 200 500
1 O O X -
2 O O O X
5 O O O O
Aus
der Tabelle 1 ergibt sich Folgendes: Sowohl der erste als auch der
zweite Versuchskörper mit dem Aufbau gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung hatten eine höhere
Schwingungsfestigkeit als der dritte Versuchskörper mit
dem herkömmlichen Aufbau, wobei sich die Schwingungsfestigkeit
mit dem Parameter (c/d) erhöhte.Out
Table 1 shows the following: Both the first and the
second test body with the structure according to the
first embodiment of the invention had a higher
Vibration resistance as the third test body with
the conventional structure, wherein the vibration resistance
increased with the parameter (c / d).
Aus
dem Versuch geht demnach klar hervor, dass die externen Elektroden 5 des
erfindungsgemäßen piezoelektrischen Schichtkörpers 1 eine
höhere Schwingungsfestigkeit haben.It is therefore clear from the experiment that the external electrodes 5 the piezoelectric laminated body according to the invention 1 have a higher vibration resistance.
Beispielexample
In
diesem Beispiel wird das erfindungsgemäße piezoelektrische
Schichtelement 1 in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6,
wie sie in 16 gezeigt ist, als Antriebsquelle
verwendet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 ist für
den Einsatz in einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für
einen Dieselmotor ausgelegt.In this example, the piezoelectric layer element of the present invention becomes 1 in a fuel injection device 6 as they are in 16 is shown, used as a drive source. The fuel injection device 6 is designed for use in a common rail fuel injection system for a diesel engine.
Wie
in 16 gezeigt ist, weist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 ein
oberes Gehäuse 62, in dem das piezoelektrische
Schichtelement 1 untergebracht ist, und ein unteres Gehäuse 63 auf,
das an einem unteren Ende des oberen Gehäuses 62 befestigt
ist und in dem ein Einspritzdüsenabschnitt 64 ausgebildet
ist.As in 16 is shown, the fuel injector 6 an upper case 62 in which the piezoelectric layer element 1 is housed, and a lower housing 63 on that at a lower end of the upper case 62 is fixed and in which an injection nozzle section 64 is trained.
Das
obere Gehäuse 62 hat eine im Großen und
Ganzen zylinderförmige Form und hat in sich eine Längsbohrung 621 ausgebildet,
die von der Längsachse des oberen Gehäuses 62 versetzt
ist. In der Längsbohrung 621 ist das piezoelektrische
Schichtelement 1 eingeführt und fixiert.The upper case 62 has a generally cylindrical shape and has a longitudinal bore in it 621 formed by the longitudinal axis of the upper housing 62 is offset. In the longitudinal bore 621 is the piezoelectric layer element 1 introduced and fixed.
In
dem oberen Gehäuse 62 ist parallel zur Längsbohrung 621 ein
Kraftstoffversorgungsdurchgang 622 ausgebildet, der dazu
dienen soll, dem Einspritzdüsenabschnitt 64 von
einem (nicht gezeigten) Common-Rail Hochdruckkraftstoff zuzuführen.
Der Kraftstoffversorgungsdurchgang 622 steht mit dem Common-Rail über ein
Kraftstoffeinleitungsrohr 623 in Verbindung, das von einem
oberen Endabschnitt des oberen Gehäuses 62 aus
nach oben rechts vorsteht.In the upper case 62 is parallel to the longitudinal bore 621 a fuel supply passage 622 designed to serve, the injector section 64 from a common rail high pressure fuel (not shown). The fuel supply passage 622 is connected to the common rail via a fuel inlet pipe 623 in communication, that of an upper end portion of the upper housing 62 protrudes from the top right.
In
dem oberen Gehäuse 62 ist außerdem in
Fluidverbindung mit der Längsbohrung 621 ein Kraftstoffableitungsdurchgang 624 ausgebildet,
der dazu dienen soll, den Kraftstoff, der nach jeder Kraftstoffeinspritzung
in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 zurückbleibt,
abzuleiten. Der zurückgebliebene Kraftstoff wird von dem
Kraftstoffableitungsdurchgang 624 über ein Kraftstoffableitungsrohr 625,
das von dem oberen Endabschnitt des oberen Gehäuses 62 aus
nach oben links vorsteht, in einen (nicht gezeigten) Kraftstofftank
zurückgegeben.In the upper case 62 is also in fluid communication with the longitudinal bore 621 a fuel discharge passage 624 designed to serve the fuel after every fuel injection in the fuel injector 6 lingers, deduces. The remaining fuel is from the fuel discharge passage 624 via a fuel delivery pipe 625 from the upper end portion of the upper housing 62 from protruding to the top left, returned to a (not shown) fuel tank.
Der
Kraftstoffableitungsdurchgang 624 steht über einen
zwischen der Längsbohrung 621 und dem piezoelektrischen
Schichtelement 1 ausgebildeten Spalt 60 und einen
(nicht gezeigten) Zwischenkraftstoffdurchgang, der vom Spalt 60 aus
durch sowohl das obere als auch das untere Gehäuse 62 und 63 nach
unten verläuft, mit einem Drei-Wege-Ventil 651 in
Verbindung, das später beschrieben wird.The fuel discharge passage 624 is about one between the longitudinal bore 621 and the piezoelectric layer element 1 trained gap 60 and an intermediate fuel passage (not shown) leading from the gap 60 out through both the upper and the lower housing 62 and 63 runs down, with a three-way valve 651 in conjunction, which will be described later.
Der
Einspritzdüsenabschnitt 64 weist eine Düsennadel 641,
einen Kraftstoffspeicher 642 und ein Einspritzloch 643 auf.
Die Düsennadel 641 kann vertikal in einem Kolbenkörper 631 gleiten.
Der Kraftstoffspeicher 642 ist so vorgesehen, dass er den
vom Kraftstoffversorgungsdurchgang 622 zugeführten
Hochdruckkraftstoff aufnimmt. Genauer gesagt ist der Kraftstoffspeicher 642 um
einen zentralen Abschnitt der Düsennadel 641 herum
ausgebildet, wobei sich in ihn das untere Ende des Kraftstoffversorgungsdurchgangs 622 öffnet.The injector section 64 has a nozzle needle 641 , a fuel storage 642 and an injection hole 643 on. The nozzle needle 641 can be vertical in a piston body 631 slide. The fuel storage 642 is provided so as to be from the fuel supply passage 622 supplied high-pressure fuel. More specifically, the fuel storage 642 around a central section of the nozzle needle 641 formed therein, wherein in it the lower end of the fuel supply passage 622 opens.
Das
Einspritzloch 643 wird durch die Düsennadel 641 geöffnet
und geschlossen, wodurch der vom Kraftstoffspeicher 642 zugeführte
Hochdruckkraftstoff gezielt in einen Zylinder des Motors eingespritzt
wird. Genauer gesagt nimmt die Düsennadel 641 sowohl
vom Kraftstoffspeicher 642 einen Kraftstoffdruck in einer Ventilöffnungsrichtung
(d. h. der Aufwärtsrichtung in 16) als
auch von einer Gegendruckkammer 644 einen Kraftstoffdruck
in einer Ventilschließrichtung (d. h. der Abwärtsrichtung
in 16) auf, wobei sich die Gegendruckkammer 644 vertikal
aufwärts von der Düsennadel 641 befindet.
Wenn der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 644 sinkt,
wird die Düsennadel 641 nach oben gehoben, wodurch
das Einspritzloch 643 geöffnet wird, um den Hochdruckkraftstoff
in den Motorzylinder einzuspritzen.The injection hole 643 gets through the nozzle needle 641 opened and closed, eliminating the fuel tank 642 supplied high-pressure fuel is injected selectively into a cylinder of the engine. More specifically, the nozzle needle takes 641 both from the fuel storage 642 a fuel pressure in a valve opening direction (ie, the upward direction in FIG 16 ) as well as from a back pressure chamber 644 a fuel pressure in a valve closing direction (ie, the downward direction in FIG 16 ), wherein the back pressure chamber 644 vertically upwards from the nozzle needle 641 located. When the fuel pressure in the back pressure chamber 644 sinks, the nozzle needle 641 lifted up, causing the injection hole 643 is opened to inject the high-pressure fuel into the engine cylinder.
Der
Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 644 wird durch
das Drei-Wege-Ventil 651 gesteuert, das mit der Gegendruckkammer 644 und
wahlweise mit entweder dem Kraftstoffversorgungsdurchgang 622 oder
dem Kraftstoffableitungsdurchgang 624 in Verbindung steht.
Genauer gesagt enthält das Drei-Wege-Ventil 651 ein
kugelförmiges Ventilelement. Dieses Ventilelement wird
durch das piezoelektrische Schichtelement 1 über
einen Kolben großen Durchmessers 652, eine Hydraulikkammer 653 und
einen Kolben kleinen Durchmessers 654 betätigt,
um gezielt Mündungen zu öffnen und zu schließen,
die jeweils mit dem Kraftstoffversorgungsdurchgang 622 und
der Längsbohrung 621 in Verbindung stehen.The fuel pressure in the back pressure chamber 644 is through the three-way valve 651 controlled, with the back pressure chamber 644 and optionally with either the fuel supply passage 622 or the fuel discharge passage 624 communicates. More specifically, the three-way valve contains 651 a spherical valve element. This valve element is passed through the piezoelectric layer element 1 over a piston of large diameter 652 , a hydraulic chamber 653 and a small diameter piston 654 operated to selectively open and close orifices, each with the fuel supply passage 622 and the longitudinal bore 621 keep in touch.
Wie
oben beschrieben wurde, befindet sich das piezoelektrische Element 1 in
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 in der Längsbohrung 621,
die mit Hochtemperaturkraftstoff gefüllt ist. Mit anderen
Worten ist das piezoelektrische Schichtelement 1 einer
hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit ausgesetzt. Da das piezoelektrische
Schichtelement 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
jedoch wie oben beschrieben eine hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
hat, ist es möglich, die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
der gesamten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 sicherzustellen.As described above, the piezoelectric element is located 1 in the fuel injection device 6 in the longitudinal bore 621 that is filled with high temperature fuel. In other words, the piezoelectric layer element is 1 exposed to high temperature and high humidity. Since the piezoelectric layer element 1 However, according to this embodiment, as described above, has high durability and reliability, it is possible to improve the durability and reliability of the entire fuel injection device 6 sure.
Es
sind zwar die obigen besonderen Ausführungsbeispiele, Versuche
und das Beispiel der Erfindung aufgezeigt und beschrieben worden,
doch wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Abwandlungen, Änderungen
und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von
der Erfindungsidee abzuweichen.It
While the above particular embodiments are attempts
and the example of the invention has been shown and described,
However, the skilled person will understand that various modifications, changes
and improvements can be made without
to deviate from the idea of the invention.
In
einem piezoelektrischen Schichtelement (1) weist jede externe
Elektrode (5) einen ersten Abschnitt (51) mit
einer Vielzahl von Öffnungen (7), einen zweiten
Abschnitt (52) ohne irgendeine Öffnung und einen Grenzbereich
(59) zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (51, 52)
auf. Die Öffnungen (7) umfassen erste Öffnungen
(71), die außerhalb des Grenzbereichs (59)
fallen, und zweite Öffnungen (72), die innerhalb
des Grenzbereichs (59) fallen. Außerdem gilt 0,5b ≤ a ≤ 10b
und 1,05 ≤ (c/d) ≤ 3, wobei a die Länge
des Grenzbereichs (59) in der Aufschichtungsrichtung (X)
eines Keramikschichtkörpers (15) des piezoelektrischen
Schichtelements (1) ist, b die Länge jeder zweiten Öffnung
(72) in der Aufschichtungsrichtung (X) ist, c die Länge
einer Grenze (H) zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (51, 52)
ist und d die Breite jeder externen Elektrode (5) ist.In a piezoelectric layer element ( 1 ) assigns each external electrode ( 5 ) a first section ( 51 ) with a plurality of openings ( 7 ), a second section ( 52 ) without any opening and a boundary area ( 59 ) between the first and second sections ( 51 . 52 ) on. The openings ( 7 ) comprise first openings ( 71 ) outside the border area ( 59 ), and second openings ( 72 ) within the limit ( 59 ) fall. In addition, 0.5b ≦ a ≦ 10b and 1.05 ≦ (c / d) ≦ 3, where a is the length of the boundary region ( 59 ) in the Aufschichtungsrichtung (X) of a ceramic layer body ( 15 ) of the piezoelectric layer element ( 1 ), b is the length of each second opening ( 72 ) in the lapping direction (X), c is the length of a boundary (H) between the first and second sections (X) 51 . 52 ) and d is the width of each external electrode ( 5 ).
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