DE102009001090A1 - Geschichtetes piezoelektrisches Element - Google Patents

Geschichtetes piezoelektrisches Element Download PDF

Info

Publication number
DE102009001090A1
DE102009001090A1 DE200910001090 DE102009001090A DE102009001090A1 DE 102009001090 A1 DE102009001090 A1 DE 102009001090A1 DE 200910001090 DE200910001090 DE 200910001090 DE 102009001090 A DE102009001090 A DE 102009001090A DE 102009001090 A1 DE102009001090 A1 DE 102009001090A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ceramic
layers
layering
internal electrode
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200910001090
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Kariya Fujii
Akio Kariya Iwase
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of DE102009001090A1 publication Critical patent/DE102009001090A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/053—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure with non-rectangular cross-section orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal, circular
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/508—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers

Abstract

Ein geschichtetes piezoelektrisches Element (1) ist offenbart, das eine keramische Schichtung (19), ein Paar von Seitenelektroden (11, 12), die jeweils auf einem entgegengesetzten Paar von Seitenflächen (195a, 195b) der keramischen Schichtung (19) bereitgestellt sind, und eine Vielzahl von Schlitzen (15) umfasst, die jeweils von einer der Seitenflächen (195a, 195b) der keramischen Schichtung (19) eingelassen sind. Die keramische Schichtung (19) ist gebildet, indem abwechselnd eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten (34) geschichtet wird. Die piezoelektrischen keramischen Schichten (2) umfassen keramische Schlitzbildungsschichten (25), von denen jede ein Paar der Schlitze (15) darin ausgebildet aufweist, und keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (2), von denen jede keinen darin ausgebildeten Schlitz aufweist. Außerdem gilt c > 2 x d, wobei c die Dicke der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) ist und d die Dicke der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (2) ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein geschichtetes piezoelektrisches Element, das eine keramische Schichtung, die durch ein abwechselndes Schichten einer Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten gebildet wird, ein Paar von Seitenelektroden, die jeweils auf einem entgegensetzten Paar von Seitenflächen der keramischen Schichtung bereitgestellt sind, und eine Vielzahl von Schlitzen umfasst, die alle in einer der Seitenflächen der keramischen Schichtung ausgebildet sind.
  • 2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Herkömmlicherweise verwendet eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung (bzw. ein piezoelektrischer Aktor), die als eine Antriebsquelle für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dient, ein geschichtetes piezoelektrisches Element.
  • Das geschichtete piezoelektrische Element wird hergestellt, indem: eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten abwechselnd mit einer Vielzahl von internen Elektrodenschichten geschichtet wird, um eine keramische Schichtung auszubilden, und ein Paar von Seitenelektroden (oder externen Elektroden) jeweils an ein entgegengesetztes Paar von Seitenflächen der keramischen Schichtung angefügt wird, so dass jede der Seitenelektroden abwechselnd mit den internen Elektrodenschichten elektrisch verbunden ist. Ferner ist das geschichtete piezoelektrische Element so konfiguriert, dass, wenn eine Spannung an die internen Elektrodenschichten über die Seitenelektroden angelegt wird, die piezoelektrischen keramischen Schichten in der Schichtungsrichtung versetzt (oder verformt) werden, um ein Zielobjekt anzutreiben.
  • Das geschichtete piezoelektrische Element wird im Allgemeinen unter schwierigen Betriebsbedingungen für eine lange Zeit verwendet. Folglich verwendet das geschichtete piezoelektrische Element zur Verbesserung der elektrischen Isolierung auf den Seitenflächen der keramischen Schichtung einen keramischen Schichtungsaufbau, bei dem jede piezoelektrische keramische Schicht einen Abschnitt aufweist, der zu einer der Seitenflächen der keramischen Schichtung freigelegt ist und keine darauf ausgebildete interne Elektrodenschicht aufweist. Nachstehend wird der Abschnitt, der keine darauf ausgebildete interne Elektrodenschicht aufweist, als ein piezoelektrisch inaktiver Abschnitt bezeichnet, wohingegen der verbleibende Abschnitt, der eine entsprechende der internen Elektrodenschichten darauf ausgebildet aufweist, als ein piezoelektrisch aktiver Abschnitt bezeichnet wird.
  • Mit einem derartigen keramischen Schichtungsaufbau wird jedoch, wenn die Spannung an die internen Elektrodenschichten angelegt wird, in jeder der piezoelektrischen keramischen Schichten der piezoelektrisch inaktive Abschnitt nicht versetzt, während der piezoelektrisch aktive Abschnitt versetzt wird. Dementsprechend begrenzt der piezoelektrisch inaktive Abschnitt den Versatz des piezoelektrisch aktiven Abschnitts. Als Ergebnis entsteht eine Belastungskonzentration an der Grenze zwischen den piezoelektrisch inaktiven und den piezoelektrisch aktiven Abschnitten, was ein Entstehen von Brüchen um die Grenze herum verursacht.
  • Zur Lösung der vorstehend genannten Schwierigkeit kann in jeder der Seitenflächen der keramischen Schichtung eine Vielzahl von Schlitzen ausgebildet werden, die sich jeweils in einer Umfangsrichtung der keramischen Schichtung erstrecken und in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung mit vorbestimmten Intervallen beabstandet sind.
  • In einem derartigen Fall können jedoch Brüche um die Böden der Schlitze herum auftreten, wenn die Spannung an die internen Elektrodenschichten angelegt wird. Um ein Auftreten von Brüchen um die Böden der Schlitze herum zu verhindern, ist es erforderlich, dass die Schlitze eine Tiefe aufweisen, die größer ist als die Breite der piezoelektrisch inaktiven Abschnitte der piezoelektrischen keramischen Schichten.
  • Demgegenüber offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2006-216850 ein geschichtetes piezoelektrisches Element mit einem unterschiedlichen keramischen Schichtungsaufbau. Genauer gesagt umfassen in diesem geschichteten piezoelektrischen Element die piezoelektrischen keramischen Schichten aktive Schichten und inaktive Schichten. Jede der aktiven Schichten ist zwischen einem benachbarten Paar von internen Elektrodenschichten mit entgegengesetzten Polaritäten eingelegt, so dass sie versetzt werden kann, wenn eine Spannung an die internen Elektrodenschichten angelegt wird. Demgegenüber ist jede der inaktiven Schichten zwischen einem benachbarten Paar interner Elektrodenschichten mit der gleichen Polarität eingelegt, so dass sie nicht versetzt werden kann, wenn die Spannung an die internen Elektrodenschichten angelegt wird. Ferner ist ebenso eine Vielzahl von Schlitzen bereitgestellt, die jeweils in einer entsprechenden inaktiven Schicht ausgebildet sind.
  • Mit dem vorstehend beschriebenen keramischen Schichtungsaufbau können jedoch, da die inaktiven Schichten nicht versetzt werden können, Brüche um die Schlitze herum aufgrund von Belastungen in der Scherrichtung (d. h. die Richtung, die senkrecht zu der Schichtungsrichtung ist) auftreten. Ferner wird mit den inaktiven Schichten die Gesamtversatzgröße des geschichteten piezoelektrischen Elements verringert.
  • Zusätzlich kann, wie es nachstehend in dem Abschnitt "BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE" beschrieben ist, auch ohne Brüche, die um die Schlitze herum auftreten, eine elektrische Störung in dem geschichteten piezoelektrischen Element aufgrund des Vorhandenseins der Schlitze auftreten.
  • KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehend genannten Schwierigkeiten bei dem Stand der Technik gemacht worden. Es ist folglich eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geschichtetes piezoelektrisches Element bereitzustellen, das eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit aufweist und ein Auftreten einer elektrischen Störung darin zuverlässig verhindern kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein erstes geschichtete piezoelektrische Element (1) bereitgestellt, das eine keramische Schichtung (19) und ein Paar von ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) umfasst. Die keramische Schichtung (19) ist gebildet, indem eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) abwechselnd mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) geschichtet wird. Die keramische Schichtung (19) weist ein entgegengesetztes Paar erster und zweiter Seitenflächen (195a, 195b) auf. Die ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) sind jeweils auf den ersten und den zweiten Seitenflächen (195a, 195b) der keramischen Schichtung (19) bereitgestellt. Ferner umfasst die Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) erste interne Elektrodenschichten (3) und zweite interne Elektrodenschichten (4). Die ersten internen Elektrodenschichten (3) sind abwechselnd mit den zweiten internen Elektrodenschichten (4) in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (19) angeordnet. Jede der ersten internen Elektrodenschichten (3) umfasst einen Elektrodenabschnitt (31) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (32). Der Elektrodenabschnitt (31) ist elektrisch leitfähig und zu der ersten Seitenfläche (195a) der keramischen Schichtung (19) freigelegt, um mit der ersten Seitenelektrode (11) elektrisch verbunden zu sein.
  • Der Elektrodenabschnitt (31) weist ein Innenende (315) auf, das von der zweiten Seitenfläche (195b) der keramischen Schichtung (19) um eine vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (32) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der zweiten Seitenfläche (195b) der keramischen Schichtung (19) freigelegt ist. Demgegenüber umfasst jede der zweiten internen Elektrodenschichten (4) einen Elektrodenabschnitt (41) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (42). Der Elektrodenabschnitt (41) ist elektrisch leitfähig und zu der zweiten Seitenfläche (195b) der keramischen Schichtung (19) freigelegt, um mit der zweiten Seitenelektrode (12) elektrisch verbunden zu sein. Der Elektrodenabschnitt (41) weist ein Innenende (415) auf, das von der ersten Seitenfläche (195a) der keramischen Schichtung (19) um eine vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (42) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der ersten Seitenfläche (195a) der keramischen Schichtung (19) freigelegt ist. Die keramische Schichtung (19) umfasst ferner eine Vielzahl von Schlitzen (15), von denen jeder von einer der Seitenflächen (195a, 195b) der keramischen Schichtung (19) mit einer vorbestimmten Tiefe (b) eingelassen ist und sich in einer Umfangsrichtung der keramischen Schichtung (19) erstreckt. Die Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) umfasst keramische Schlitzbildungsschichten (25), von denen jede ein Paar der Schlitze (15) darin ausgebildet aufweist, und keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (2), von denen jede keinen darin ausgebildeten Schlitz aufweist. Des Weiteren ist eine Beziehung (c > 2 × d) spezifiziert, wobei c die Dicke der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) ist und d die Dicke der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (2) ist.
  • Mit der vorstehend beschrienen Konfiguration werden für jeden der Schlitze (15) die Entfernungen von dem Schlitz (15) zu dem Paar der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten (35, 45), die unter allen Paaren der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten (3, 4) dem Schlitz (15) am nächsten sind, entsprechend vergrößert. Dementsprechend ist es, auch wenn Wasser in die keramische Schlitzbildungsschicht (25) über den Schlitz (15) eingebracht wird, weiterhin möglich, in zuverlässiger Weise zu verhindern, dass das nächstliegende Paar der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten (35, 45) ionisiert und durch das Wasser leitfähig verbunden wird. Ferner wäre es, auch wenn das nächstliegende Paar der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten (35, 45) durch das Wasser ionisiert werden würde, weiterhin schwierig zu verursachen, dass der Isolationswiderstand der keramischen Schlitzbildungsschicht (25) abnimmt, aufgrund der großen Dicke c derselben. Als Ergebnis ist es möglich, ein Auftreten einer elektrischen Störung in dem ersten geschichteten piezoelektrischen Element (1) zuverlässig zu verhindern und somit eine bessere Haltbarkeit des ersten geschichteten piezoelektrischen Elements (1) sicherzustellen.
  • Außerdem ist mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration jede der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) zwischen dem nächstliegenden Paar der internen Elektrodenschichten (35, 45) geschichtet, die jeweils mit den ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) verbunden sind und somit unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Dementsprechend kann, wenn die Spannung an das nächstliegende Paar der internen Elektrodenschichten (35, 45) über die ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) angelegt wird, die keramische Schlitzbildungsschicht (25) in der gleichen Art und Weise wie die keramischen Nicht- Schlitzbildungsschichten (2) halb versetzt werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des ersten geschichteten piezoelektrischen Elements (1) sicherzustellen.
  • Dementsprechend weist das erste geschichtet piezoelektrische Element (1) gemäß der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit auf und kann in zuverlässiger Weise ein Auftreten einer elektrischen Störung darin verhindern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenso ein zweites geschichtetes piezoelektrisches Element (5) bereitgestellt, das eine keramische Schichtung (59) und ein Paar erster und zweiter Seitenelektroden (11, 12) umfasst. Die keramische Schichtung (59) wird gebildet, indem eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) abwechselnd geschichtet wird. Die keramische Schichtung (59) weist ein entgegengesetztes Paar erster und zweiter Seitenflächen (595a, 595b) auf. Die ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) sind jeweils auf den ersten und zweiten Seitenflächen (595a, 595b) der keramischen Schichtung (59) bereitgestellt. Ferner umfasst die Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) erste interne Elektrodenschichten (3) und zweite interne Elektrodenschichten (4). Die ersten internen Elektrodenschichten (3) sind abwechselnd mit den zweiten internen Elektrodenschichten (4) in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (59) angeordnet. Jede der ersten internen Elektrodenschichten (3) umfasst einen Elektrodenabschnitt (31) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (32). Der Elektrodenabschnitt (31) ist elektrisch leitfähig und zu einer ersten Seitenfläche (595a) der keramischen Schichtung (59) freigelegt, um elektrisch mit der ersten Seitenelektrode (11) verbunden zu sein. Der Elektrodenabschnitt (31) weist ein Innenende (315) auf, das von der zweiten Seitenfläche (595b) der keramischen Schichtung (59) um eine vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (32) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der zweiten Seitenfläche (595b) der keramischen Schichtung (59) freigelegt ist. Demgegenüber umfasst jede der zweiten internen Elektrodenschichten (4) einen Elektrodenabschnitt (41) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (42). Der Elektrodenabschnitt (41) ist elektrisch leitfähig und zu der zweiten Seitenfläche (595b) der keramischen Schichtung (59) freigelegt, um elektrisch mit der zweiten Seitenelektrode (12) verbunden zu sein. Der Elektrodenabschnitt (41) weist ein Innenende (415) auf, das von der ersten Seitenfläche (595a) der keramischen Schichtung (59) um eine vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (42) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der ersten Seitenfläche (595a) der keramischen Schichtung (59) freigelegt ist. Die keramische Schichtung (59) umfasst ferner eine Vielzahl von Schlitzen (15), von denen jeder von einer der Seitenflächen (595a, 595b) der keramischen Schichtung (59) mit einer vorbestimmten Tiefe (b) eingelassen ist und sich in einer Umfangsrichtung der keramischen Schichtung (59) erstreckt. Die Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) umfasst keramische Schlitzbildungsschichten (25), erste keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) und zweite keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (27). Jede der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) weist ein darin ausgebildetes Paar der Schlitze (15) auf. Jede der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) weist keinen darin ausgebildeten Schlitz auf und weist lediglich eine der internen Elektrodenschichten (3, 4) auf, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet ist. Jede der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) weist keinen darin ausgebildeten Schlitz auf und weist zwei oder mehr der internen Elektrodenschichten (3, 4) auf, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet sind. Des Weiteren ist eine Beziehung gemäß (e > d) spezifiziert, wobei e eine Dicke der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) ist und d eine Dicke der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) ist.
  • Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration werden für jeden der Schlitze (15) die Entfernungen von dem Schlitz (15) zu dem Paar der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten (36, 46), die unter allen Paaren der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten (3, 4) am zweitnächsten sind, entsprechend vergrößert. Dementsprechend ist es, auch wenn Wasser zu der keramischen Schlitzbildungsschicht (25) über den Schlitz (15) eingebracht wird, weiterhin möglich, in zuverlässiger Weise zu verhindern, dass das zweitnächste Paar der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten (36, 46) durch das Wasser ionisiert wird. Ferner wäre es, auch wenn das zweitnächste Paar der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten (36, 46) durch das Wasser ionisiert würde, weiterhin schwierig zu veranlassen, dass die Isolationswiderstände der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) abnehmen, aufgrund der großen Dicke e derselben. Als Ergebnis ist es möglich, ein Auftreten einer elektrischen Störung in dem zweiten geschichteten piezoelektrischen Element (5) in zuverlässiger Weise zu verhindern und somit eine bessere Haltbarkeit des zweiten geschichteten piezoelektrischen Elements (5) sicherzustellen.
  • Außerdem wird mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration jede der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) zwischen dem nächstliegenden Paar der internen Elektrodenschichten (35, 45) geschichtet, die jeweils mit den ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) verbunden sind und somit unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Dementsprechend kann, wenn die Spannung an das nächstliegende Paar der internen Elektrodenschichten (35, 45) über die ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) angelegt wird, die keramische Schlitzbildungsschicht (25) in der gleichen Art und Weise wie die ersten und zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26, 27) halb versetzt werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des zweiten geschichteten piezoelektrischen Elements (5) sicherzustellen.
  • Dementsprechend weist das zweite geschichtete piezoelektrische Element (5) gemäß der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit auf und kann in zuverlässiger Weise ein Auftreten einer elektrischen Störung darin verhindern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner ein drittes geschichtetes piezoelektrisches Element (6) bereitgestellt, das eine keramische Schichtung (69) und ein Paar erster und zweiter Seitenelektroden (11, 12) umfasst. Die keramische Schichtung (69) wird gebildet, indem eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) abwechselnd mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) geschichtet wird. Die keramische Schichtung (69) weist ein entgegengesetztes Paar erster und zweiter Seitenflächen (695a, 695b) auf. Die ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) sind jeweils auf den ersten und zweiten Seitenflächen (695a, 695b) der keramischen Schichtung (69) bereitgestellt. Ferner umfasst die Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) erste interne Elektrodenschichten (3) und zweite interne Elektrodenschichten (4). Die ersten internen Elektrodenschichten (3) sind abwechselnd mit den zweiten internen Elektrodenschichten (4) in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (69) angeordnet. Jede der ersten internen Elektrodenschichten (3) umfasst einen Elektrodenabschnitt (31) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (32). Der Elektrodenabschnitt (31) ist elektrisch leitfähig und zu der ersten Seitenfläche (695a) der keramischen Schichtung (69) freigelegt, um mit der ersten Seitenelektrode (11) elektrisch verbunden zu sein. Der Elektrodenabschnitt (31) weist ein Innenende (315) auf, das von der zweiten Seitenfläche (695b) der keramischen Schichtung (69) um eine vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (32) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der zweiten Seitenfläche (695b) der keramischen Schichtung (69) freigelegt ist. Demgegenüber umfasst jede der zweiten internen Elektrodenschichten (4) einen Elektrodenabschnitt (41) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (42). Der Elektrodenabschnitt (41) ist elektrisch leitfähig und zu der zweiten Seitenfläche (695b) der keramischen Schichtung (69) freigelegt, um mit der zweiten Seitenelektrode (12) elektrisch verbunden zu sein. Der Elektrodenabschnitt (41) weist ein Innenende (415) auf, das von der ersten Seitenfläche (695a) der keramischen Schichtung (69) um eine vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (42) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der ersten Seitenfläche (695a) der keramischen Schichtung (69) freigelegt ist. Die keramische Schichtung (69) umfasst ferner eine Vielzahl von Schlitzen (15), von denen jeder von einer der Seitenflächen (695a, 695b) der keramischen Schichtung (69) mit einer vorbestimmten Tiefe (b) eingelassen ist und sich in einer Umfangsrichtung der keramischen Schichtung (69) erstreckt. Die Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) umfasst keramische Schlitzbildungsschichten (25), erste keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) und zweite keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (27). Jede der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) weist ein Paar der darin ausgebildeten Schlitze (15) auf. Jede der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) weist keinen darin ausgebildeten Schlitz auf und weist lediglich eine der internen Elektrodenschichten (3, 4) auf, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet ist. Jede der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) weist keinen darin ausgebildeten Schlitz auf und weist zwei oder mehr der internen Elektrodenschichten (3, 4) auf, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet ist. Des Weiteren weisen die keramischen Schlitzbildungsschichten (25) und/oder die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) einen höheren Isolationswiderstand als die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) auf.
  • Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es, wenn Wasser zu den keramischen Schlitzbildungsschichten (25) über die Schlitze (15) eingebracht wird, möglich, in zuverlässiger Weise zu verhindern, dass eine elektrische Störung in denjenigen keramischen Schichten auftritt, die einen höheren Isolationswiderstand als die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) aufweisen.
  • Als Ergebnis ist es möglich, eine bessere Haltbarkeit des dritten geschichteten piezoelektrischen Elements (6) sicherzustellen.
  • Außerdem ist mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration jede der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) zwischen dem nächstliegenden Paar der internen Elektrodenschichten (35, 45) geschichtet, die jeweils mit den ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) verbunden sind und somit unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Dementsprechend kann, wenn die Spannung an das nächstliegende Paar der internen Elektrodenschichten (35, 45) über die ersten und zweiten Seitenelektroden (11, 12) angelegt ist, die keramische Schlitzbildungsschicht (25) in der gleichen Art und Weise wie die ersten und zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26, 27) halb versetzt werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des dritten geschichteten piezoelektrischen Elements (6) sicherzustellen.
  • Dementsprechend weist das dritte geschichtete piezoelektrische Element (6) gemäß der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit auf und kann in zuverlässiger Weise ein Auftreten einer elektrischen Störung darin verhindern.
  • In den ersten bis dritten geschichteten piezoelektrischen Elementen (1, 5, 6) gemäß der Erfindung kann jede piezoelektrische keramische Schicht (2) beispielsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) hergestellt sein. Die Elektrodenabschnitte (31, 41) der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten (3, 4) können aus einem Metall, wie beispielsweise Ag, Au, einer Legierung aus Ag/Pd oder Pt hergestellt sein.
  • In dem ersten geschichteten piezoelektrischen Element (1) gemäß der Erfindung ist die Dicke c der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) vorzugsweise größer oder gleich dem 2,5-fachen der Dicke d der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (2). Ferner ist die Dicke c vorzugsweise kleiner oder gleich dem Vierfachen, noch bevorzugter kleiner oder gleich dem 3,5-fachen der Dicke d.
  • In dem zweiten geschichteten piezoelektrischen Element (5) gemäß der Erfindung ist die Dicke e der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) vorzugsweise größer oder gleich dem 1,2-fachen der Dicke d der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27). Ferner ist die Dicke e vorzugsweise kleiner oder gleich dem Zweifachen, noch bevorzugter kleiner oder gleich dem 1,8-fachen der Dicke d.
  • In dem zweiten geschichteten piezoelektrischen Element (5) gemäß der Erfindung ist die Dicke c der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) vorzugsweise größer als das Zweifache der Dicke d der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27). Ferner ist die Dicke c vorzugsweise kleiner oder gleich dem Vierfachen der Dicke d.
  • In dem dritten geschichteten piezoelektrischen Element (6) gemäß der Erfindung können die keramischen Schlitzbildungsschichten (25) und/oder die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) aus einer ersten piezoelektrischen Keramik hergestellt sein. Die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) können aus einer zweiten piezoelektrischen Keramik hergestellt sein. Die erste piezoelektrische Keramik kann eine unterschiedliche Zusammensetzung bezüglich der zweiten piezoelektrischen Keramik und einen höheren Isolationswiderstand als die zweite piezoelektrische Keramik aufweisen. Alternativ hierzu kann die erste piezoelektrische Keramik eine höhere Dichte als die zweite piezoelektrische Keramik aufweisen.
  • In den ersten bis dritten geschichteten piezoelektrischen Elementen (1, 5, 6) gemäß der Erfindung ist die Anzahl der internen Elektrodenschichten (3, 4), die in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (19, 59, 69) zwischen einem jeweiligen benachbarten Paar der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet sind, vorzugsweise größer oder gleich 10. Ferner ist die Anzahl vorzugsweise kleiner oder gleich 50.
  • In den ersten bis dritten geschichteten piezoelektrischen Elementen (1, 5, 6) gemäß der Erfindung ist die vorbestimmte Tiefe (b) der Schlitze (15) vorzugsweise größer als die vorbestimmte Entfernung (a), um die die Innenende (315) der Elektrodenabschnitte (31) der ersten internen Elektrodenschichten (3) von der zweiten Seitenfläche (195b, 595b, 695b) der keramischen Schichtung (19, 59, 69) eingelassen sind und die Innenenden (415) der Elektrodenabschnitte (41) der zweiten internen Elektrodenschichten (4) von der ersten Seitenfläche (195a, 595a, 695a) der keramischen Schichtung eingelassen sind.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend angegebenen ausführlichen Beschreibung und aus der beigefügten Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung besser ersichtlich, die jedoch nicht zur Begrenzung der Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele hergenommen werden sollen, sondern lediglich zum Zwecke der Beschreibung und des Verständnisses dienen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung, die den Gesamtaufbau eines geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
  • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Teil des geschichteten piezoelektrischen Elements zeigt,
  • 3 eine schematische Draufsicht, die entlang der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung des geschichteten piezoelektrischen Elements entnommen ist, wobei ein piezoelektrisch aktiver Bereich und zwei piezoelektrisch inaktive Bereiche, die in der keramischen Schichtung definiert sind, veranschaulicht werden,
  • 4 eine schematische Draufsicht, die entlang der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung entnommen ist, wobei eine der internen Elektrodenschichten der keramischen Schichtung gezeigt wird,
  • 5A–5C schematische perspektivische Darstellungen, die einen Vorgang zur Ausbildung von Elektrodenschichtbildungsplatten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
  • 6 eine schematische perspektivische Darstellung, die einen Vorgang zur Ausbildung von Schlitzbildungsplatten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 7 eine schematische Querschnittsdarstellung, die eine vorläufige Schichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 8A und 8B schematische perspektivische Darstellungen, die interne Elektrodenschichten gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels veranschaulichen,
  • 9A–9D schematische perspektivische Darstellungen, die Elektrodenbildungsplatten gemäß der Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels veranschaulichen,
  • 10 eine schematische perspektivische Darstellung, die Schlitzbildungsplatten gemäß der Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels veranschaulicht,
  • 11 eine schematische Darstellung, die den Gesamtaufbau eines geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
  • 12 eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Teil des geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
  • 13 eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Teil eines geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt,
  • 14 eine schematische Darstellung, die den Gesamtaufbau eines geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
  • 15 eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Teil des geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt,
  • 16A–16C schematische perspektivische Darstellungen, die einen Vorgang zur Ausbildung von Elektrodenschichtbildungsplatten gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigen,
  • 17 eine schematische perspektivische Darstellung, die einen Vorgang zur Ausbildung von Schlitzbildungsplatten gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 18 eine schematische Querschnittsdarstellung, die eine vorläufige Schichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt,
  • 19 eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Teil eines geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß einer Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels zeigt, und
  • 20 eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Teil eines geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß einer weiteren Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 1–20 beschrieben.
  • Es ist anzumerken, dass aus Gründen der Klarheit und des Verständnisses identische Bauelemente mit identischen Funktionen in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung mit den gleichen Bezugszeichen in jeder der Figuren markiert worden sind, soweit es möglich ist.
  • [Erstes Ausführungsbeispiel]
  • Ein geschichtetes piezoelektrisches Element 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 1–7 beschrieben.
  • Ein geschichtetes piezoelektrisches Element 1 umfasst, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, eine keramische Schichtung 19, die durch ein abwechselndes Schichten einer Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten 2 mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten 3 und 4 ausgebildet wird. Die keramische Schichtung 19 weist ein entgegengesetztes Paar von Seitenflächen 195a und 195b auf. Das geschichtete piezoelektrische Element 1 umfasst ferner ein Paar von Seitenelektroden 11 und 12, die jeweils auf den Seitenflächen 195a und 195b der keramischen Schichtung 19 bereitgestellt sind.
  • Jede der internen Elektrodenschichten 3 weist einen Elektrodenabschnitt 31 auf, der elektrisch leitfähig ist und lediglich einen Teil einer entsprechenden der piezoelektrischen keramischen Schichten 2 abdeckt. Genauer gesagt ist der Elektrodenabschnitt 31 zu den Seitenflächen 195a der keramischen Schichtung 19 freigelegt. Ferner weist der Elektrodenabschnitt 31 ein Innenende 315 auf, das von der Seitenfläche 195b der keramischen Schichtung 19 um eine vorbestimmte Entfernung nach innen eingelassen ist, wobei ein Nicht-Elektrodenabschnitt 32 ausgebildet wird, der elektrisch isolierend ist und durch ein piezoelektrisches keramisches Material während der Bildung der keramischen Schichtung 19 besetzt wird. Dementsprechend ist jede der internen Elektrodenschichten 3 mit der Seitenelektrode 11, die auf der Seitenfläche 195a bereitgestellt ist, elektrisch verbunden, während sie zuverlässig von der Seitenelektrode 12 isoliert ist, die auf der Seitenfläche 195b bereitgestellt ist.
  • Demgegenüber weist jede der internen Elektrodenschichten 4 einen Elektrodenabschnitt 41 auf, der elektrisch leitfähig ist und lediglich einen Teil einer entsprechenden der piezoelektrischen keramischen Schichten 2 abdeckt. Genauer gesagt ist der Elektrodenabschnitt 41 zu der Seitenfläche 195b der keramischen Schichtung 19 freigelegt. Ferner weist der Elektrodenabschnitt 41 ein Innenende 415 auf, das von der Seitenfläche 195a der keramischen Schichtung 19 um eine vorbestimmte Entfernung nach innen eingelassen ist, wobei ein Nicht-Elektrodenabschnitt 42 gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und durch das piezoelektrische keramische Material während der Bildung der keramischen Schichtung 19 besetzt wird. Dementsprechend ist jede der internen Elektrodenschichten 4 mit der Seitenelektrode 12, die auf der Seitenfläche 195b bereitgestellt ist, elektrisch verbunden, während sie zuverlässig von der Seitenelektrode 11 isoliert ist, die auf der Seitenfläche 195a bereitgestellt ist.
  • Ferner sind die internen Elektrodenschichten 3 abwechselnd mit den internen Elektrodenschichten 4 in der Schichtungsrichtung (oder der Längsrichtung) der keramischen Schichtung 19 angeordnet.
  • Die keramische Schichtung 19 umfasst ferner eine Vielzahl von Paaren von Schlitzen 15; jedes Paar der Schlitze 15 ist jeweils in den Seitenflächen 195a und 195b der keramischen Schichtung 19 ausgebildet, wobei sie sich in der Umfangsrichtung der keramischen Schichtung 19 erstrecken. Die Paare der Schlitze 15 sind nur in einem Teil der Vielzahl der piezoelektrischen keramischen Schichten 2 ausgebildet und in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 19 bei vorbestimmten Intervallen beabstandet.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die piezoelektrischen keramischen Schichten 2 keramische Schlitzbildungsschichten 25 und keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten 2. Jede der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 weist ein Paar der Schlitze 15 darin ausgebildet auf. Demgegenüber, weist jede der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 keinen darin ausgebildeten Schlitz auf.
  • Außerdem weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jede der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 eine Dicke c auf. Jede der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 weist eine Dicke d auf. Ferner ist eine Beziehung gemäß (c > 2 × d) spezifiziert. Weiter spezifisch ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Verhältnis von (c/d) auf 2,5 eingestellt.
  • Weitere Einzelheiten des geschichteten piezoelektrischen Elements 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
  • In dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 ist jede der piezoelektrischen keramischen Schichten 2 aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) hergestellt. Jeder der Elektrodenabschnitte 31 und 41 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 ist aus einer Legierung aus Silber (Ag) und Palladium (Pd) hergestellt. Jede der Seitenelektroden 11 und 12 ist aus Silber (Ag) hergestellt.
  • Jede der internen Elektrodenschichten 3 weist den Nicht-Elektrodenabschnitt 32 auf der Seite der Seitenfläche 195b der keramischen Schichtung 19 auf, auf der die Seitenelektrode 12 ausgebildet ist. Genauer gesagt ist in jeder der internen Elektrodenschichten 3 das Innenende 315 des Elektrodenabschnitts 31 von der Seitenfläche 195b der keramischen Schichtung 19 um die vorbestimmte Entfernung a nach innen eingelassen, wobei der Nicht-Elektrodenabschnitt 32 gebildet wird. Demgegenüber weist jede der internen Elektrodenschichten 4 den Nicht-Elektrodenabschnitt 42 auf der Seite der Seitenfläche 195a der keramischen Schichtung 19 auf, auf der die Seitenelektrode 11 ausgebildet ist. Genauer gesagt ist in jeder der internen Elektrodenschichten 4 das Innenende 415 des Elektrodenabschnitts 41 von der Seitenfläche 195a der keramischen Schichtung 19 um die vorbestimmte Entfernung a nach innen eingelassen, wobei der Nicht-Elektrodenabschnitt 42 ausgebildet wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Entfernung a, die auch die Breite der Nicht-Elektrodenabschnitte 32 und 42 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 darstellt, auf 0,4 mm eingestellt.
  • Mit den Nicht-Elektrodenabschnitten 32 und 42, die in den internen Elektrodenschichten 3 und 4 bereitgestellt sind, sind, wie es in 2 gezeigt ist, ein piezoelektrisch aktiver Bereich 13 sowie erste und zweite piezoelektrisch inaktive Bereiche 14a und 14b in der keramischen Schichtung 19 definiert. Genauer gesagt überlappen sich in dem piezoelektrisch aktiven Bereich 13 alle Elektrodenabschnitte 31 und 41 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 einander in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 19. In dem ersten piezoelektrisch inaktiven Bereich 14a überlappen sich lediglich die Elektrodenabschnitte 31 der internen Elektrodenschichten 3 einander in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 19. Demgegenüber überlappen sich in dem zweiten piezoelektrisch inaktiven Bereich 14b lediglich die Elektrodenabschnitte 41 der internen Elektrodenschichten 4 einander in der Schichtungsrichtung.
  • Außerdem ist, wie es in 3 gezeigt ist, wenn man entlang der Schichtungsrichtung blickt, der piezoelektrisch aktive Bereich 13 zentral positioniert, mit den piezoelektrisch inaktiven Bereichen 14a bzw. 14b auf den Seiten der Seitenflächen 195a und 195b. Zusätzlich stellt in 3 die Position der Innenenden 315 der Elektrodenabschnitte 31 der internen Elektrodenschichten 3 die Grenze zwischen dem piezoelektrisch aktiven Bereich 13 und den zweiten piezoelektrisch inaktiven Bereichen 14b dar; demgegenüber stellt die Position der Innenenden 415 der Elektrodenabschnitte 41 der internen Elektrodenschichten 4 die Grenze zwischen dem piezoelektrisch aktiven Bereich 13 und dem ersten piezoelektrisch inaktiven Bereich 14a dar.
  • 4 zeigt eine der internen Elektrodenschichten 3, die entlang der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 19 betrachtet wird, wobei die Positionen der Böden 155 der Schlitze 15 ebenso mit gestrichelten Linien angezeigt sind. Wie es aus 4 ersichtlich ist, sind die Böden 155 der Schlitze 15, die in den Seitenflächen 195b der keramischen Schichtung 19 ausgebildet sind, weiter innen als die Innenenden 315 der Elektrodenabschnitte 31 der internen Elektrodenschichten 3 angeordnet. Zusätzlich sind, obwohl es graphisch nicht gezeigt ist, die Böden 155 der Schlitze 15, die in den Seitenflächen 195a der keramischen Schichtung 19 ausgebildet sind, weiter innen als die Innenenden 415 der Elektrodenabschnitte 41 der internen Elektrodenschichten 4 angeordnet.
  • Wie es in den 2 und 4 gezeigt ist, ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeder der Schlitze 15 von der entsprechenden der Seitenflächen 195a und 195b der keramischen Schichtung 19 mit einer vorbestimmten Tiefe b von 0,6 mm nach innen eingelassen. Jeder der Schlitze 15 ist in einem entsprechenden der piezoelektrisch inaktiven Bereiche 14a und 14b in der keramischen Schichtung 19 ausgebildet, wobei der zugehörige Boden 155 den piezoelektrisch aktiven Bereich 13 erreicht.
  • Ferner ist, wie es vorstehend beschrieben ist, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Breite a der Nicht-Elektrodenabschnitte 32 und 42 der Elektrodenschichten 3 und 4 auf 0,4 mm eingestellt, während die Tiefe b der Schlitze 15 auf 0,6 mm eingestellt ist. Das heißt, es gilt b > a. Folglich sind, wie es in den 2 und 4 gezeigt ist, erste und zweite Überlappungsbereiche 18a und 18b in der keramischen Schichtung 19 definiert. In dem ersten Überlappungsbereich 18a überlappen die Schlitze 15, die in den Seitenflächen 195a der keramischen Schichtung 19 ausgebildet sind, die Elektrodenabschnitte 41 der internen Elektrodenschichten 4 in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 19. Demgegenüber überlappen in dem zweiten Überlappungsbereich 18b die Schlitze 15, die in den Seitenflächen 195b der keramischen Schichtung 19 ausgebildet sind, die Elektrodenabschnitte 31 der internen Elektrodenschichten 3 in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 19. Die Breite der Überlappungsbereiche 18a und 18b ist gleich (b – a), d. h. 0,2 mm in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Außerdem sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die keramischen Schlitzbildungsschichten 25, die die piezoelektrischen keramischen Schichten 2 bezeichnen, die jeweils ein Paar der Schlitze 15 darin ausgebildet aufweisen, in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 19 bei vorbestimmten Intervallen beabstandet.
  • Dementsprechend sind zwischen jedem benachbarten Paar der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 10 bis 50 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 zwischengebracht.
  • Zusätzlich umfasst gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die keramische Schichtung 19 ferner zwei Blindelementschichten bzw. Dummy-Schichten 29, die jeweils auf dem Kopfteil und dem Boden der keramischen Schichtung 19 bereitgestellt sind. Die Dummy-Schichten 29 sind aus dem gleichen Material wie die piezoelektrischen keramischen Schichten 29 hergestellt, haben jedoch nicht eine Funktion wie die piezoelektrischen keramischen Schichten 2.
  • Als nächstes ist ein Verfahren zu Herstellung des geschichteten piezoelektrischen Elements 1 beschrieben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren einen Schritt zur Ausbildung von Grünlingsplatten, einen Schritt zur Ausbildung von Elektrodenschichtbildungsplatten, einen Schritt zur Ausbildung von Schlitzbildungsplatten, einen Thermokompressionsbonden-Schritt, einen Schneideschritt, einen Brennschritt und einen Endbehandlungsschritt.
  • Ausbilden von Grünlingsplatten
  • Zuerst werden Rohmaterialpulver aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), das eine piezoelektrische Keramik ist, vorbereitet. Genauer gesagt werden als Startmaterialien Pulver aus Pb3O4, SrCO3, ZrO2, TiO2, Y2O3 und Nb2O5 vorbereitet und in einem stöchiometrischen Verhältnis zur Bildung von PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y1/2Nb1/2)O3 abgewogen. Dann werden die Pulver nassgemischt und bei 850°C für fünf Stunden kalziniert, um eine Pulvermischung zu bilden.
  • Als nächstes wird die Pulvermischung mittels einer Perlenmühle nassgemahlen und getrocknet, um einen Partikeldurchmesser (D50-Wert) von 0,7 ± 0,05 μm zu haben. Dann wird der Pulvermischung ein Lösungsmittel, ein Bindemittel, ein Plastiziermittel bzw. Weichmacher und ein Dispergiermittel hinzugefügt, und sie wird mittels einer Kugelmühle gemischt, um eine wässrige Masse zu bilden. Danach wird die wässrige Masse vakuumentgast und bezüglich einer Viskosität eingestellt, während sie mittels einer Rühreinrichtung in einem Vakuumgerät durchgerührt wird.
  • Ferner wird die wässrige Masse mittels eines Rakelklingenverfahrens auf einer Trägerschicht aufgebracht, um zwei lange Grünlingsplatten zu bilden, von denen eine eine Dicke von 80 μm aufweist und die andere eine Dicke von 100 μm aufweist. Die langen Grünlingsplatten werden dann mittels einer Schneideeinrichtung in eine Vielzahl von Grünlingsplatten 20, die alle eine Dicke von 80 μm aufweisen, und eine Vielzahl von Grünlingsplatten 21 geschnitten, die alle eine Dicke von 100 μm aufweisen, wie es in den 5A–5C und 6 gezeigt ist. Zusätzlich ist anzumerken, dass die Grünlingsplatten 20 und 21 auch durch andere Verfahren gebildet werden können, wie beispielsweise durch ein Strangpressformen.
  • Ausbilden von Elektrodenschichtbildungsplatten
  • Unter Bezugnahme auf 5A wird auf alle diejenigen Grünlingsplatten 20, die eine Dicke von 80 μm aufweisen und zur Bildung der internen Elektrodenschichten 3 zugeteilt sind, ein Elektrodenmaterial 310 aufgedruckt, um einen Bereich zur Bildung des Elektrodenabschnitts 31 zu besetzen, wobei ein anderer Bereich zur Bildung des Nicht-Elektrodenabschnitts 32 ausgelassen wird. Als Ergebnis wird eine Vielzahl von Elektrodenbildungsplatten 201 erhalten.
  • Zusätzlich ist in jeder Elektrodenbildungsplatte 201 um die zwei Bereiche zur Bildung des Elektrodenabschnitts 31 und des Nicht-Elektrodenabschnitts 32 herum ein Seitenrandabschnitt 209 bereitgestellt, der später in dem Schneideschritt auszuschneiden ist. Die Grenze 317 zwischen den zwei Bereichen bildet das Innenende 315 des Elektrodenabschnitts 31 der internen Elektrodenschicht 3.
  • Unter Bezugnahme auf 5B wird auf all diejenigen Grünlingsplatten 20, die die Dicke von 80 μm aufweisen und zur Bildung der internen Elektrodenschichten 4 zugeteilt sind, ein Elektrodenmaterial 410 gedruckt, um einen Bereich zur Bildung des Elektrodenabschnitts 41 zu besetzen, wobei ein anderer Bereich zur Bildung des Nicht-Elektrodenabschnitts 42 ausgelassen wird. Als Ergebnis wird eine Vielzahl von Elektrodenbildungsplatten 202 erhalten.
  • Zusätzlich ist in jeder Elektrodenbildungsplatte 202 um die Bereiche zur Bildung des Elektrodenabschnitts 41 und des Nicht-Elektrodenabschnitts 42 herum ein Seitenrandabschnitt 209 bereitgestellt, der später in dem Schneideschritt auszuschneiden ist. Die Grenze 417 zwischen den zwei Bereichen bildet das Innenende 415 des Elektrodenabschnitts 41 der internen Elektrodenschicht 4.
  • Unter Bezugnahme auf 5C wird auf all diejenigen Grünlingsplatten 21, die eine Dicke von 100 μm aufweisen und zur Bildung der internen Elektrodenschichten 3 zugeteilt sind, das Elektrodenmaterial 310 gedruckt, um einen Bereich zur Bildung des Elektrodenabschnitts 31 zu besetzen, wobei ein anderer Bereich zur Bildung des Nicht-Elektrodenabschnitts 32 ausgelassen wird. Als Ergebnis wird eine Vielzahl von Elektrodenbildungsplatten 203 erhalten.
  • Zusätzlich ist in jeder Elektrodenbildungsplatte 203 um die Bereiche zur Bildung des Elektrodenabschnitts 31 und des Nicht-Elektrodenabschnitts 32 herum ein Seitenrandabschnitt 209 bereitgestellt, der später in dem Schneideschritt auszuschneiden ist. Die Grenze 317 zwischen den zwei Bereichen bildet das Innenende 315 des Elektrodenabschnitts 31 der internen Elektrodenschicht 3.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Ag/Pd-Legierung in der Form einer Paste als die Elektrodenmaterialien 310 und 410 verwendet.
  • Zusätzlich ist anzumerken, dass andere Metalle, wie beispielsweise reines Ag, reines Pd, reines Cu, reines Ni oder eine Cu/Ni-Legierung ebenso als die Elektrodenmaterialien 310 und 410 verwendet werden können.
  • Ausbildung von Schlitzbildungsplatten
  • Unter Bezugnahme auf 6 wird auf all diejenigen Grünlingsplatten 21, die die Dicke von 100 μm aufweisen und zur Bildung der Schlitze 15 zugeteilt sind, ein Schlitzbildungsmaterial 150, das in dem nachfolgenden Brennschritt abzufackeln ist, um die Schlitze 15 zu bilden, gedruckt, um zwei Bereiche zur Bildung eines Paars der Schlitze 15 zu besetzen. Als Ergebnis wird eine Vielzahl der Schlitzbildungsplatten 207 erhalten.
  • Zusätzlich ist in jeder Schlitzbildungsplatte 207 um die Bereiche zur Bildung des Paars der Schlitze 15 herum ein Seitenrandabschnitt 209 bereitgestellt, der später in dem Schneideschritt auszuschneiden ist.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Schlitzbildungsmaterial 150 aus Kohlenstoffpartikeln gebildet, um die Wärmeverformung des Schlitzbildungsmaterials 150 zu minimieren und die Abmessungsgenauigkeit der sich ergebenden Schlitze 15 zu maximieren.
  • Es ist anzumerken, dass das Schlitzbildungsmaterial 150 ebenso aus anderen Materialien gebildet werden kann, wie beispielsweise karbonisierten organischen Partikeln. Ferner können die karbonisierten organischen Partikel entweder durch ein Karbonisieren organischer Partikel oder durch ein Vermahlen eines karbonisierten organischen Materials in Partikel erhalten werden. Des Weiteren können die organischen Materialien entweder aus einem Polymermaterial, wie beispielsweise einem Akrylatharz, oder einem Korn, wie beispielsweise Getreide, Sojabohnen oder Weizen, gebildet werden. Mit der Verwendung von karbonisierten organischen Partikeln ist es möglich, die Herstellungskosten des geschichteten piezoelektrischen Elements 1 zu verringern.
  • Es ist anzumerken, dass die Schlitze 15 ebenso durch andere Verfahren gebildet werden können, wie beispielsweise ein maschinelles Bearbeiten der keramischen Schichtung 19 nach dem Brennschritt.
  • Thermokompressionsbonden
  • Zuerst werden unter Bezugnahme auf 7 die Elektrodenschichtbildungsplatten 201, die Elektrodenschichtbildungsplatten 202, die Elektrodenschichtbildungsplatten 203 und die Schlitzbildungsplatten 207 in einer vorbestimmten Abfolge zusammengeschichtet, wobei die Seitenrandabschnitte 209 der Platten 201, 202, 203 und 207 in der Schichtungsrichtung abgeglichen werden. Dementsprechend ist jede der Elektrodenschichtbildungsplatten 203 auf eine der Schlitzbildungsplatten 207 geschichtet, wobei ein Plattenpaar gebildet wird, das eine Dicke von 200 μm aufweist. Die Elektrodenschichtbildungsplatten 202 werden abwechselnd mit den Elektrodenschichtbildungsplatten 201 und den Plattenpaaren der Elektrodenschichtbildungsplatten 203 und der Schlitzbildungsplatten 207 geschichtet. Ferner sind die Plattenpaare der Elektrodenschichtbildungsplatten 203 und der Schlitzbildungsplatten 207 in der Schichtungsrichtung bei vorbestimmten Intervallen beabstandet.
  • Außerdem wird ferner eine vorbestimmte Anzahl der Grünlingsplatten 20, die alle kein darauf gedrucktes Elektrodenmaterial aufweisen, auf dem Kopfteil und unter den Boden der Gesamtheit der geschichteten Platten 201, 202, 203 und 207 geschichtet.
  • Dann werden alle geschichteten Platten in der Schichtungsrichtung mit einem Druck von 50 MPa zusammengedrückt, während sie bei einer Temperatur von 100°C erwärmt werden, wodurch eine vorläufige Schichtung 190 gebildet wird.
  • Es ist anzumerken, dass zur Vereinfachung in 7 die vorläufige Schichtung 190 so dargestellt ist, dass sie lediglich eine kleinere Anzahl der Platten 201, 202, 203 und 207 umfasst, als sie tatsächlich umfasst.
  • Schneiden
  • Die vorläufige Schichtung 190 wird mittels einer Schneideeinrichtung in der Schichtungsrichtung geschnitten, um die Seitenrandabschnitte 209 aller geschichteter Platten zu entfernen. Dementsprechend sind die Elektrodenmaterialien 310 und 410 und das Schlitzbildungsmaterial 150 jeweils zu den entsprechenden Seitenflächen der vorläufigen Schichtung 190 freigelegt.
  • Brennen
  • Zuerst wird die vorläufige Schichtung 190, wie sie in 7 gezeigt ist, in einer derartigen Art und Weise erwärmt und entfettet, dass die Temperatur der vorläufigen Schichtung 190 allmählich auf 500°C über 80 Stunden erhöht wird und dann bei 500°C für 5 Stunden gehalten wird.
  • Dann wird die vorläufige Schichtung 190 in einer derartigen Art und Weise gebrannt, dass die Temperatur der vorläufigen Schichtung 190 allmählich auf 1050°C über 12 Stunden erhöht wird, bei 1050°C für 2 Stunden gehalten wird und dann allmählich verringert wird.
  • Als Ergebnis wird die keramische Schichtung 19, wie sie in den 1 und 2 gezeigt ist, erhalten, die die Schlitze 15 umfasst, die durch Abfackeln des Schlitzbildungsmaterials 150, das in der vorläufigen Schichtung 190 beinhaltet ist, in dem Brennschritt gebildet werden. Außerdem sind in der keramischen Schichtung 19 die piezoelektrischen keramischen Schichten 2, die durch das Sintern der Grünlingsplatten 20 und 21 in dem Brennschritt gebildet werden, in der Schichtungsrichtung abwechselnd mit den internen Elektrodenschichten 3 und 4 angeordnet, die aus den Elektrodenmaterialien 310 und 410 gebildet sind. Die Dummy-Schichten 29 sind durch das Sintern der Grünlingsplatten 20 in dem Brennschritt jeweils bei dem Kopfteil und dem Boden der keramischen Schichtung 19 gebildet.
  • Endbehandlung
  • Die keramische Schichtung 19 wird bei den vier zugehörigen Ecken abgekantet. Dementsprechend weist die keramische Schichtung 19 einen achteckigen Querschnitt senkrecht zu der Schichtungsrichtung auf.
  • Dann wird die keramische Schichtung 19 über der gesamten zugehörigen Oberfläche poliert. Danach wird eine Ag-Paste auf beide Seitenflächen 195a und 195b der keramischen Schichtung 19 aufgebracht und gebacken, um die Seitenelektroden 11 und 12 zu bilden. Dementsprechend sind alle internen Elektrodenschichten 3 elektrisch lediglich mit der Seitenelektrode 11 verbunden, wohingegen alle internen Elektrodenschichten 4 elektrisch lediglich mit der Seitenelektrode 12 verbunden sind.
  • Als Ergebnis wird das geschichtete piezoelektrische Element 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erhalten.
  • Das geschichtete piezoelektrische Element 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die nachstehend genannten Vorteile auf.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben durch tiefgehende und ausführliche Untersuchungen herausgefunden, dass in einem herkömmlichen geschichteten piezoelektrischen Element mit einem zu dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 ähnlichen Aufbau eine Verkleinerung eines Isolationswiderstands unter allen piezoelektrischen keramischen Schichten zuerst in den keramischen Schlitzbildungsschichten auftritt. Es ist anzumerken, dass zur Vereinfachung der Beschreibung die gleichen Bezugszeichen nachstehend für die Bauelemente des herkömmlichen geschichteten piezoelektrischen Elements wie für die des geschichteten piezoelektrischen Elements 1 verwendet werden.
  • Genauer gesagt dehnt sich, wenn eine hohe Spannung kontinuierlich an das herkömmliche geschichtete piezoelektrische Element bei einer hohen Temperatur angelegt wird, wobei die Seitenelektroden 11 und 12 jeweils beispielsweise mit den positiven und negativen Seiten verbunden sind, ein Niedrigwiderstandsbereich in jeder der piezoelektrischen keramischen Schichten 2 von der negativen Seite zu der positiven Seite aus.
  • Der Grund hierfür ist, dass elektrisch leitfähige Metallionen (beispielsweise Ag+-Ionen), die durch eine Ionisation der Ag/Pd-Legierung erzeugt werden, die die internen Elektrodenschichten 3 und 4 bilden, und in die piezoelektrischen keramischen Schichten 2 während des Brennschritts diffundieren, durch Elektronen metallisiert werden, die von der Seitenelektrode 12 freigegeben werden (beispielsweise Ag+ + e–).
  • Dementsprechend wird in jeder der piezoelektrischen keramischen Schichten 2 die Verteilung einer elektrischen Feldstärke in der Schichtungsrichtung ungleichmäßig. Genauer gesagt nimmt die elektrische Feldstärke in dem Niedrigwiderstandsbereich, der näher zu der internen Elektrodenschicht 4 (d. h. der negativen Seite) gebildet wird, ab und nimmt in einem Hochwiderstandsbereich, der näher zu der internen Elektrodenschicht 3 gebildet wird, zu. Die Zunahme der elektrischen Feldstärke in dem Hochwiderstandsbereich beschleunigt die Verschlechterung von Isolationseigenschaften der piezoelektrischen keramischen Schicht 2.
  • Außerdem wird die Ausdehnung des Niedrigwiderstandsbereichs durch Wasser beschleunigt, das in dem geschichteten piezoelektrischen Element vorhanden ist. Insbesondere kann in jeder der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 das Paar der Schlitze 15 als ein Wasserdurchgang zum Einbringen von Wasser von einer externen Wasserquelle in die keramische Schlitzbildungsschicht 25 dienen. Folglich ist es für den Niedrigwiderstandsbereich am einfachsten, sich unter allen keramischen piezoelektrischen Schichten 2 in den keramischen Schlitzbildungsschichten 25 auszudehnen.
  • Dementsprechend kann der Isolationswiderstand jeder der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 einfach abnehmen, wodurch ein Auftreten eines Fehlers, wie beispielsweise einer elektrischen Störung, in dem geschichteten piezoelektrischen Element verursacht wird.
  • Im Vergleich hierzu ist in dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Dicke c der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 so spezifiziert, dass sie mehr als das Zweifache der Dicke d der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 ist (d. h. c > 2 × d).
  • Zur Vereinfachung der Beschreibung sei unter Bezugnahme auf die 1 und 2 für jeden der Schlitze 15 die interne Elektrodenschicht 3, die dem Schlitz 15 am nächsten ist, eine interne Elektrodenschicht 35, die interne Elektrodenschicht 4, die dem Schlitz 15 am nächsten ist, sei eine interne Elektrode 45, und die Elektrodenabschnitte der internen Elektrodenschichten 35 und 45 seien jeweils Elektrodenabschnitte 311 und 411.
  • Durch Spezifizieren der Beziehung gemäß (c > 2 × d) für jeden der Schlitze werden folglich die Entfernungen von dem Schlitz 15 zu den Elektrodenabschnitten 311 und 411 der internen Elektrodenschichten 35 und 45 vergrößert. Dementsprechend ist es, auch wenn Wasser in die keramische Schlitzbildungsschicht 25 über den Schlitz 25 eingebracht wird, weiterhin möglich, in zuverlässiger Weise zu verhindern, dass die Elektrodenabschnitte 311 und 411 der internen Elektrodenschichten 35 und 45 durch das Wasser ionisiert werden.
  • Ferner würde, auch wenn die Elektrodenabschnitte 311 und 411 durch das Wasser ionisiert würden, es weiterhin schwierig sein zu veranlassen, dass der Isolationswiderstand der keramischen Schlitzbildungsschicht 25 abnimmt, aufgrund der großen Dicke c derselben.
  • Als Ergebnis ist es möglich, in zuverlässiger Weise zu verhindern, dass eine elektrische Störung in dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 auftritt, und somit eine bessere Haltbarkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 1 sicherzustellen.
  • Außerdem ist in dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 jede der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 zwischen den internen Elektrodenschichten 35 und 45 geschichtet, die jeweils mit den Seitenelektroden 11 und 12 verbunden sind und somit unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
  • Dementsprechend kann, wenn die Spannung an die internen Elektrodenschichten 35 und 45 über die Seitenelektroden 11 und 12 angelegt wird, die keramische Schlitzbildungsschicht 25 in der gleichen Art und Weise wie die keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 halb versetzt werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 1 sicherzustellen.
  • Ferner ist es zu bevorzugen, dass c ≥ 2,5 × d gilt, um ein Auftreten einer elektrischen Störung in dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 zuverlässiger zu verhindern.
  • In dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Dicke c der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 ferner so spezifiziert, dass sie kleiner oder gleich dem Vierfachen der Dicke d der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 ist (d. h. c ≤ 4 × d).
  • Der Grund hierfür ist, dass, wenn c > 4 × d gilt, es für die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 schwierig werden kann, versetzt zu werden, wobei somit die Versatzleistungsfähigkeit des gesamten geschichteten piezoelektrischen Elements 1 verringert wird.
  • Ferner ist es zu bevorzugen, dass c ≤ 3,5 × d gilt, um eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 1 zuverlässiger sicherzustellen.
  • In dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 19 10 oder mehr der internen Elektrodenschichten 3 und 4 zwischen jedem benachbarten Paar der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 angeordnet.
  • Der Grund hierfür ist, dass, wenn die Anzahl der internen Elektrodenschichten 3 und 4, die zwischen jedem benachbartem Paar der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 angeordnet sind, kleiner als 10 ist, der Anteil der piezoelektrisch inaktiven Abschnitte in der keramischen Schichtung 19 aufgrund der großen Dicke c der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 vergrößert wird, wobei die Versatzleistungsfähigkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 1 verringert wird.
  • Ferner ist in dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 die Anzahl der internen Elektrodenschichten 3 und 4, die zwischen jedem benachbarten Paar der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 angeordnet sind, kleiner oder gleich 50.
  • Der Grund hierfür ist, dass, wenn die Anzahl größer als 50 ist, die Anzahl der Schlitze 15 in dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 zu klein ist, um die in der keramischen Schichtung 19 in der Schichtungsrichtung angesammelte Belastung zu verringern.
  • In dem geschichteten piezoelektrischen Element 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Tiefe b der Schlitze 15 so spezifiziert, dass sie größer als die vorbestimmte Entfernung a ist, um die die Innenenden 315 der Elektrodenabschnitte 31 der ersten internen Elektrodenschichten 3 von der zweiten Seitenfläche 195b der keramischen Schichtung 19 nach innen eingelassen sind, und die Innenenden 415 der Elektrodenabschnitte 41 der zweiten internen Elektrodenschichten 4 von der ersten Seitenfläche 195a der keramischen Schichtung 19 nach innen eingelassen sind. Hierbei stellt die vorbestimmte Entfernung a ebenso die Breite der Nicht-Elektrodenabschnitte 32 und 42 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 sowie die Breite der piezoelektrisch inaktiven Bereiche 14a und 14b, die in der keramischen Schichtung 19 definiert sind, dar.
  • Mit b > a ist es möglich, eine Belastungskonzentration, die bei den Grenzen zwischen den piezoelektrisch aktiven Bereichen 13 und dem piezoelektrisch inaktiven Bereichen 14a und 14b auftreten, mittels der Schlitze 15 effektiv zu entspannen. Ferner ist es ebenso möglich, in effektiver Weise Belastungen zu verringern, die bei den Böden der Schlitze 15 mittels der Kompressionslasten erzeugt werden, die den keramischen Schlitzbildungsschichten 25 während eines Betriebs auferlegt werden.
  • Modifikation 1
  • In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist, wie es in den 1, 2 und 4 gezeigt ist, der Nicht-Elektrodenabschnitt 32 jeder internen Elektrodenschicht 3 so ausgebildet, dass er lediglich an die Seitenfläche 195b der keramischen Schichtung 19 angrenzt. Der Nicht-Elektrodenabschnitt 42 jeder internen Elektrodenschicht 4 ist so ausgebildet, dass er lediglich and die Seitenfläche 195a der keramischen Schichtung 19 angrenzt; die Schlitze 15 sind lediglich in den Seitenflächen 195a und 195b der keramischen Schichtung 19 ausgebildet.
  • Die Nicht-Elektrodenabschnitt 32 und 42 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 sowie die Schlitze 15 können jedoch ebenso in anderen Mustern ausgebildet sein.
  • Wie es beispielsweise in den 8A und 8B gezeigt ist, kann der Nicht-Elektrodenabschnitt 32 jeder internen Elektrodenschicht 3 so ausgebildet sein, dass er an alle zu der Seitenfläche 195b unterschiedlichen Seitenflächen der keramischen Schichtung 19 angrenzt; der Nicht-Elektrodenabschnitt 42 jeder internen Elektrodenschicht 4 kann so ausgebildet sein, dass er an alle zu der Seitenfläche 195a unterschiedlichen Seitenflächen der keramischen Schichtung 19 angrenzt; jeder der Schlitze 15 kann so in allen Seitenflächen der keramischen Schichtung 19 ausgebildet sein, dass er den gesamten Umfang der keramischen Schichtung 19 besetzt.
  • Es ist anzumerken, dass: lediglich eine der internen Elektrodenschichten 3, die entlang der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 19 betrachtet werden, in 8A gezeigt ist; lediglich eine der internen Elektrodenschichten 4, die entlang der Schichtungsrichtung betrachtet werden, in 8B gezeigt ist; die Position des Bodens 155 jedes Schlitzes 15 in den 8A und 8B mit gestrichelten Linien angegeben ist.
  • Ferner können die internen Elektrodenschichten 3, wie sie in 8A gezeigt sind, mit Elektrodenbildungsplatten 210, wie sie in 9A gezeigt sind, und Elektrodenbildungsplatten 203 gebildet werden, wie sie in 9C gezeigt sind. Die internen Elektrodenschichten 4, wie sie in 8B gezeigt sind, können mit Elektrodenbildungsplatten 202, wie sie in 9B gezeigt sind, und Elektrodenbildungsplatten 204, wie sie in 9D gezeigt sind, gebildet werden. Die Schlitze 15, wie sie in den 8A und 8B gezeigt sind, können mit Schlitzbildungsplatten 207 gebildet werden, wie sie in 10 gezeigt sind.
  • Zusätzlich weisen die Grünlingsplatten 20, die zur Bildung der Elektrodenbildungsplatten 201 und 202 verwendet werden, wie sie in den 9A und 9B gezeigt sind, eine schmale Dicke auf, während die Grünlingsplatten 21, die zur Bildung der Elektrodenbildungsplatten 203 und 204, wie sie in den 9B und 9D gezeigt sind, und der Schlitzbildungsplatten 207 verwendet werden, wie sie in 10 gezeigt sind, eine große Dicke aufweisen. Es ist anzumerken, dass, obwohl die Elektrodenbildungsplatten 204 mit der großen Dicke in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel nicht verwendet werden, sie ebenso bei der Bildung der keramischen Schichtung 19 verwendet werden können. Genauer gesagt kann während der Bildung der keramischen Schichtung 19 jede der Elektrodenbildungsplatten 204 selektiv auf eine der Schlitzbildungsplatten 207 geschichtet werden, um gemeinsam eine keramische Schlitzbildungsschicht 2 zu bilden, die einen darin ausgebildeten Schlitz 15 und eine darin ausgebildete interne Elektrodenschicht 4 aufweist.
  • [Zweites Ausführungsbeispiel]
  • 11 zeigt den Gesamtaufbau eines geschichteten piezoelektrischen Elements 5 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Das geschichtete piezoelektrische Element 5 umfasst, unter Bezugnahme auf 11 und ebenso auf 12, eine keramische Schichtung 59, die durch ein abwechselndes Schichten einer Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten 2 mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten 3 und 4 ausgebildet wird. Die keramische Schichtung 59 weist ein entgegengesetztes Paar von Seitenflächen 595a und 595b auf. Das geschichtete piezoelektrische Element 5 umfasst ferner ein Paar von Seitenelektroden 11 und 12, die jeweils auf den Seitenflächen 595a und 595b der keramischen Schichtung 59 bereitgestellt sind.
  • Ferner weist, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, jede der internen Elektrodenschichten 3 einen Elektrodenabschnitt 31 auf, der elektrisch leitfähig ist und zu den Seitenflächen 595a der keramischen Schichtung 59 freigelegt ist. Der Elektrodenabschnitt 31 weist ein Innenende 315 auf, das von der Seitenfläche 595b der keramischen Schichtung 59 um eine vorbestimmte Entfernung nach innen eingelassen ist, wobei ein Nicht-Elektrodenabschnitt 32 ausgebildet wird, der elektrisch isolierend ist. Dementsprechend ist jede der internen Elektrodenschichten 3 mit der Seitenelektrode 11, die auf der Seitenfläche 595a bereitgestellt ist, elektrisch verbunden, während sie zuverlässig von der Seitenelektrode 12 isoliert ist, die auf der Seitenfläche 595b bereitgestellt ist. Demgegenüber weist jede der internen Elektrodenschichten 4 einen Elektrodenabschnitt 41 auf, der elektrisch leitfähig ist und zu der Seitenfläche 595b der keramischen Schichtung 59 freigelegt ist. Der Elektrodenabschnitt 41 weist ein Innenende 415 auf, das von der Seitenfläche 595a der keramischen Schichtung 59 um eine vorbestimmte Entfernung nach innen eingelassen ist, wobei ein Nicht-Elektrodenabschnitt 42 gebildet wird, der elektrisch isolierend ist. Dementsprechend ist jede der internen Elektrodenschichten 4 mit der Seitenelektrode 12, die auf der Seitenfläche 595b bereitgestellt ist, elektrisch verbunden, während sie zuverlässig von der Seitenelektrode 11 isoliert ist, die auf der Seitenfläche 595a bereitgestellt ist. Außerdem sind die internen Elektrodenschichten 3 abwechselnd mit den internen Elektrodenschichten 4 in der Schichtungsrichtung (oder der Längsrichtung) der keramischen Schichtung 59 angeordnet.
  • Des Weiteren umfasst, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, die keramische Schichtung 59 ferner eine Vielzahl von Paaren von Schlitzen 15; jedes Paar der Schlitze 15 ist jeweils in den Seitenflächen 595a und 595b der keramischen Schichtung 59 ausgebildet, wobei sie sich in der Umfangsrichtung der keramischen Schichtung 59 erstrecken. Die Paare der Schlitze 15 sind nur in einem Teil der Vielzahl der piezoelektrischen keramischen Schichten 2 ausgebildet und in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 59 bei vorbestimmten Intervallen beabstandet.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die piezoelektrischen keramischen Schichten 2 keramische Schlitzbildungsschichten 25, erste keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 und zweite keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten 27. Jede der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 weist ein Paar der Schlitze 15 darin ausgebildet auf. Jede der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 weist keinen darin ausgebildeten Schlitz auf und weist lediglich eine der internen Elektrodenschichten 3 und 4 auf, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 angeordnet sind. Jede der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 weist keinen darin ausgebildeten Schlitz auf und weist zwei oder mehr der internen Elektrodenschichten 3 und 4 auf, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 angeordnet sind.
  • Außerdem weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jede der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 eine Dicke c von 160 μm auf. Jede der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 weist eine Dicke e von 120 μm auf. Jede der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 weist eine Dicke d von 80 μm auf. Dementsprechend ist c = 2d und e = 1,5 d (d. h. e > d).
  • Zusätzlich kann das geschichtete piezoelektrische Element 5 durch das gleiche Verfahren hergestellt werden, wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass Grünlingsplatten, die zur Bildung der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 verwendet werden, eine größere Dicke aufweisen als diejenigen, die zur Bildung der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 verwendet werden.
  • Das geschichtete piezoelektrische Element 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die nachstehend genannten Vorteile auf.
  • In dem geschichteten piezoelektrischen Element 5, wie es vorstehend beschrieben ist, ist die Dicke e der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 so spezifiziert, dass sie größer ist als die Dicke d der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 (d. h. e > d).
  • Zur Vereinfachung der Beschreibung sei unter Bezugnahme auf 11 und 12 für jeden der Schlitze 15 die interne Elektrodenschicht 3, die am nächsten zu dem Schlitz 15 ist, eine interne Elektrodenschicht 35; die interne Elektrodenschicht 4, die am nächsten zu dem Schlitz 15 ist, sei eine interne Elektrode 45; die interne Elektrodenschicht 3, die am zweitnächsten zu dem Schlitz 15 ist, sei eine interne Elektrodenschicht 36; die interne Elektrodenschicht 4, die am zweitnächsten zu dem Schlitz 15 ist, sei eine interne Elektrodenschicht 46; die Elektrodenabschnitte der internen Elektrodenschichten 35, 45, 36 und 46 seien jeweils Elektrodenabschnitte 311, 411, 312, 412.
  • Indem die Beziehung gemäß (e > d) spezifiziert wird, werden für jeden der Schlitze 15 die Entfernungen von dem Schlitz 15 zu den internen Elektrodenschichten 36 und 46 entsprechend vergrößert. Dementsprechend ist es, auch wenn Wasser in die keramische Schlitzbildungsschicht 25 über den Schlitz 15 eingebracht wird, weiterhin möglich, in zuverlässiger Weise zu verhindern, dass die Elektrodenabschnitte 312 und 412 der internen Elektrodenschichten 36 und 46 durch das Wasser ionisiert werden.
  • Ferner würde, auch wenn die Elektrodenabschnitte 312 und 412 durch das Wasser ionisiert würden, es weiterhin schwierig sein, eine Verkleinerung der Isolationswiderstände der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 zu verkleinern, aufgrund der großen Dicke e derselben.
  • Als Ergebnis ist es möglich, ein Auftreten einer elektrischen Störung in dem geschichteten piezoelektrischen Element 5 zuverlässig zu verhindern und somit eine bessere Haltbarkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 5 sicherzustellen.
  • Außerdem ist in dem geschichteten piezoelektrischen Element 5 jede der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 zwischen den internen Elektrodenschichten 35 und 45 geschichtet, die jeweils mit den Seitenelektroden 11 und 12 verbunden sind und somit unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
  • Dementsprechend kann, wenn die Spannung an die internen Elektrodenschichten 35 und 45 über die Seitenelektroden 11 und 12 angelegt wird, die keramische Schlitzbildungsschicht 25 in der gleichen Art und Weise wie die ersten und zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 und 27 halb versetzt werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 5 sicherzustellen.
  • Ferner ist es zu bevorzugen, dass e ≥ 1,2 × d gilt, um ein Auftreten einer elektrischen Störung in dem geschichteten piezoelektrischen Element 5 zuverlässiger zu verhindern.
  • Demgegenüber ist es zu bevorzugen, dass e ≤ 2 × d gilt, um eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 5 zuverlässiger sicherzustellen.
  • Der Grund hierfür ist, dass es, wenn e > 2 × d gilt, für die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 schwierig wird, versetzt zu werden, wobei somit die Versatzleistungsfähigkeit des gesamten geschichteten piezoelektrischen Elements 5 verringert wird.
  • Ferner ist es zu bevorzugen, dass e ≤ 1,8 × d gilt, um eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 5 zuverlässiger sicherzustellen.
  • Modifikation 2
  • Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Merkmalen kann das geschichtete piezoelektrische Element 5 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ferner modifiziert werden, um andere Merkmale aufzuweisen, die das geschichtete piezoelektrische Element 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufweist.
  • Beispielsweise kann, wie es in 13 gezeigt ist, das geschichtete piezoelektrische Element 5 derart modifiziert werden, dass die Dicke c der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 größer als das Zweifache der Dicke d der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 ist (d. h. c > 2 × d). Genauer gesagt kann die Dicke c auf 200 μm eingestellt werden, während die Dicke e der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 und die Dicke d der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 jeweils auf 100 μm und 80 μm eingestellt sind.
  • Dementsprechend kann zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorteilen das geschichtete piezoelektrische Element 5 ferner weitere Vorteile aufweisen, die das geschichtete piezoelektrische Element 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufweist.
  • [Drittes Ausführungsbeispiel]
  • 14 zeigt den Gesamtaufbau eines geschichteten piezoelektrischen Elements 6 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Das geschichtete piezoelektrische Element 6 umfasst, unter Bezugnahme auf 14 und ebenso auf 15, eine keramische Schichtung 69, die durch ein abwechselndes Schichten einer Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten 2 mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten 3 und 4 ausgebildet wird. Die keramische Schichtung 69 weist ein entgegengesetztes Paar von Seitenflächen 695a und 695b auf. Das geschichtete piezoelektrische Element 6 umfasst ferner ein Paar von Seitenelektroden 11 und 12, die jeweils auf den Seitenflächen 695a und 695b der keramischen Schichtung 69 bereitgestellt sind.
  • Ferner weist, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, jede der internen Elektrodenschichten 3 einen Elektrodenabschnitt 31 auf, der elektrisch leitfähig ist und zu den Seitenflächen 695a der keramischen Schichtung 69 freigelegt ist. Der Elektrodenabschnitt 31 weist ein Innenende 315 auf, das von der Seitenfläche 695b der keramischen Schichtung 69 um eine vorbestimmte Entfernung nach innen eingelassen ist, wobei ein Nicht-Elektrodenabschnitt 32 ausgebildet wird, der elektrisch isolierend ist. Dementsprechend ist jede der internen Elektrodenschichten 3 mit der Seitenelektrode 11, die auf der Seitenfläche 695a bereitgestellt ist, elektrisch verbunden, während sie zuverlässig von der Seitenelektrode 12 isoliert ist, die auf der Seitenfläche 695b bereitgestellt ist. Demgegenüber weist jede der internen Elektrodenschichten 4 einen Elektrodenabschnitt 41 auf, der elektrisch leitfähig ist und zu der Seitenfläche 695b der keramischen Schichtung 69 freigelegt ist. Der Elektrodenabschnitt 41 weist ein Innenende 415 auf, das von der Seitenfläche 695a der keramischen Schichtung 69 um eine vorbestimmte Entfernung nach innen eingelassen ist, wobei ein Nicht-Elektrodenabschnitt 42 gebildet wird, der elektrisch isolierend ist. Dementsprechend ist jede der internen Elektrodenschichten 4 mit der Seitenelektrode 12, die auf der Seitenfläche 695b bereitgestellt ist, elektrisch verbunden, während sie zuverlässig von der Seitenelektrode 11 isoliert ist, die auf der Seitenfläche 695a bereitgestellt ist. Außerdem sind die internen Elektrodenschichten 3 abwechselnd mit den internen Elektrodenschichten 4 in der Schichtungsrichtung (oder der Längsrichtung) der keramischen Schichtung 69 angeordnet.
  • Des Weiteren umfasst, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, die keramische Schichtung 69 ferner eine Vielzahl von Paaren von Schlitzen 15; jedes Paar der Schlitze 15 ist jeweils in den Seitenflächen 695a und 695b der keramischen Schichtung 69 ausgebildet, wobei sie sich in der Umfangsrichtung der keramischen Schichtung 69 erstrecken. Die Paare der Schlitze 15 sind nur in einem Teil der Vielzahl der piezoelektrischen keramischen Schichten 2 ausgebildet und in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 69 bei vorbestimmten Intervallen beabstandet.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die piezoelektrischen keramischen Schichten 2 keramische Schlitzbildungsschichten 25 und keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten 2. Jede der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 weist ein Paar der Schlitze 15 darin ausgebildet auf. Demgegenüber weist jede der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 keinen darin ausgebildeten Schlitz auf.
  • Außerdem weisen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 einen höheren Isolationswiderstand als die keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 auf.
  • Weitere Einzelheiten des geschichteten piezoelektrischen Elements 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
  • In dem geschichteten piezoelektrischen Element 6 sind die keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 aus dem gleichen Material wie die piezoelektrischen keramischen Schichten 2 in dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt. Die Elektrodenabschnitte 31 und 41 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 sowie die Seitenelektroden 11 und 12 sind jeweils aus den gleichen Materialien wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt.
  • Jede der internen Elektrodenschichten 3 weist den Nicht-Elektrodenabschnitt 32 auf der Seite der Seitenfläche 695b der keramischen Schichtung 69 auf, auf der die Seitenelektrode 12 ausgebildet ist. Genauer gesagt ist in jeder der internen Elektrodenschichten 3 das Innenende 315 des Elektrodenabschnitts 31 von der Seitenfläche 695b der keramischen Schichtung 69 um die vorbestimmte Entfernung a nach innen eingelassen, wobei der Nicht-Elektrodenabschnitt 32 gebildet wird. Demgegenüber weist jede der internen Elektrodenschichten 4 den Nicht-Elektrodenabschnitt 42 auf der Seite der Seitenfläche 695a der keramischen Schichtung 69 auf, auf der die Seitenelektrode 11 ausgebildet ist. Genauer gesagt wird in jeder der internen Elektrodenschichten 4 das Innenende des Elektrodenabschnitts 41 von der Seitenfläche 695a der keramischen Schichtung 69 um die vorbestimmte Entfernung a nach innen eingelassen, wobei der Nicht-Elektrodenabschnitt 42 gebildet wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Entfernung a, die ebenso die Breite der Nicht-Elektrodenabschnitte 32 und 42 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 darstellt, auf 0,4 mm eingestellt, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Mit den Nicht-Elektrodenabschnitten 32 und 42, die in den internen Elektrodenschichten 3 und 4 bereitgestellt sind, sind, wie es in 15 gezeigt ist, ein piezoelektrisch aktiver Bereich 13 und erste und zweite piezoelektrisch inaktive Bereiche 14a und 14b in der keramischen Schichtung 69 definiert. Genauer gesagt überlappen sich in dem piezoelektrisch aktiven Bereich 13 alle Elektrodenabschnitte 31 und 41 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 einander in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 69. In dem ersten piezoelektrisch inaktiven Bereich 14a überlappen sich lediglich die Elektrodenabschnitte 31 der internen Elektrodenschicht 3 einander in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 69. Demgegenüber überlappen sich in dem zweiten piezoelektrisch inaktiven Bereich 14b lediglich die Elektrodenabschnitte 41 der internen Elektrodenschichten 4 einander in der Schichtungsrichtung.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder der Schlitze 15 von der entsprechenden der Seitenflächen 695a und 695b der keramischen Schichtung 69 mit einer vorbestimmten Tiefe b von 0,6 mm nach innen eingelassen, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Jeder der Schlitze 15 ist in einem entsprechenden der piezoelektrisch inaktiven Bereiche 14a und 14b der keramischen Schichtung 69 ausgebildet, wobei ein zugehöriger Boden 155 den piezoelektrisch aktiven Bereich 13 erreicht.
  • Außerdem sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die keramischen Schlitzbildungsschichten 25, die die piezoelektrischen keramischen Schichten 2 bezeichnen, die jeweils ein Paar von Schlitzen 15 darin ausgebildet aufweisen, in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung 69 bei vorbestimmten Intervallen beabstandet. Dementsprechend sind zwischen jedem benachbarten Paar der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 10 bis 50 der internen Elektrodenschichten 3 und 4 zwischengebracht.
  • Des Weiteren sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) hergestellt. Im Vergleich hierzu sind die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 aus einer piezoelektrischen Keramik hergestellt, die durch ein Hinzufügen von Mn2O5 als ein Härter zu dem PZT erhalten wird. Als Ergebnis wird, wie es vorstehend beschrieben ist, der Isolationswiderstand der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 höher als der der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2.
  • Als nächstes ist ein Verfahren zu Herstellung des geschichteten piezoelektrischen Elements 6 beschrieben. Das Verfahren umfasst, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, einen Schritt zur Ausbildung von Grünlingsplatten, einen Schritt zur Ausbildung von Elektrodenschichtbildungsplatten, einen Schritt zur Ausbildung von Schlitzbildungsplatten, einen Thermokompressionsbonden-Schritt, einen Schneideschritt, einen Brennschritt und einen Endbehandlungsschritt.
  • Ausbilden von Grünlingsplatten
  • Zuerst wird unter Bezugnahme auf die 16A und 16B eine Vielzahl von Grünlingsplatten 20, die jede eine Dicke von 80 μm aufweisen, in der gleichen Art und Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel gebildet.
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 16C und 17 eine Vielzahl von Grünlingsplatten 22, die einen höheren Isolationswiderstand als die Grünlingsplatten 20 aufweisen, in der nachstehend beschriebenen Art und Weise gebildet.
  • Zuerst werden Rohmaterialpulver aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), das eine piezoelektrische Keramik ist, vorbereitet. Genauer gesagt werden als Startmaterialien Pulver aus Pb3O4, SrCO3, ZrO2, TiO2, Y2O3 und Nb2O5 vorbereitet und in einem stöchiometrischen Verhältnis zur Bildung von PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y1/2Nb1/2)O3 abgewogen. Außerdem wird ein Pulver aus Mn2O5, das ein Härter ist, vorbereitet und in einem Verhältnis von 0,05 Gewichtsteilen des Pulvers aus Mn2O5 auf 100 Gewichtsteile des Rohmaterialpulvers aus PZT gewogen. Dann werden alle Pulver zusammen nassgemischt und bei 850°C für 5 Stunden kalziniert, um ein Pulvergemisch zu bilden.
  • Danach wird das Pulvergemisch in der gleichen Art und Weise wie in dem Fall des Bildens der Grünlingsplatten 20 verarbeitet. Als Ergebnis werden die Grünlingsplatten 22 erhalten, von denen jede einen Dicke von 80 μm aufweist.
  • Ausbilden von Elektrodenschichtbildungsplatten
  • Unter Bezugnahme auf 16A wird auf alle diejenigen Grünlingsplatten 20, die zur Bildung der internen Elektrodenschichten 3 zugeteilt sind, ein Elektrodenmaterial 310 aufgedruckt, um einen Bereich zur Bildung des Elektrodenabschnitts 31 zu besetzen, wobei ein anderer Bereich zur Bildung des Nicht-Elektrodenabschnitts 32 ausgelassen wird. Als Ergebnis wird eine Vielzahl von Elektrodenbildungsplatten 201 erhalten.
  • Zusätzlich ist in jeder Elektrodenbildungsplatte 201 um die zwei Bereiche zur Bildung des Elektrodenabschnitts 31 und des Nicht-Elektrodenabschnitts 32 herum ein Seitenrandabschnitt 209 bereitgestellt, der später in dem Schneideschritt auszuschneiden ist. Die Grenze 317 zwischen den zwei Bereichen bildet das Innenende 315 des Elektrodenabschnitts 31 der internen Elektrodenschicht 3.
  • Unter Bezugnahme auf 16B wird auf all diejenigen Grünlingsplatten 20, die zur Bildung der internen Elektrodenschichten 4 zugeteilt sind, ein Elektrodenmaterial 410 gedruckt, um einen Bereich zur Bildung des Elektrodenabschnitts 41 zu besetzen, wobei ein anderer Bereich zur Bildung des Nicht-Elektrodenabschnitts 42 ausgelassen wird. Als Ergebnis wird eine Vielzahl von Elektrodenbildungsplatten 202 erhalten.
  • Zusätzlich ist in jeder Elektrodenbildungsplatte 202 um die Bereiche zur Bildung des Elektrodenabschnitts 41 und des Nicht-Elektrodenabschnitts 42 herum ein Seitenrandabschnitt 209 bereitgestellt, der später in dem Schneideschritt auszuschneiden ist. Die Grenze 417 zwischen den zwei Bereichen bildet das Innenende 415 des Elektrodenabschnitts 41 der internen Elektrodenschicht 4.
  • Unter Bezugnahme auf 16C wird auf all diejenigen Grünlingsplatten 22, die zur Bildung der internen Elektrodenschichten 3 zugeteilt sind, das Elektrodenmaterial 310 gedruckt, um einen Bereich zur Bildung des Elektrodenabschnitts 31 zu besetzen, wobei ein anderer Bereich zur Bildung des Nicht-Elektrodenabschnitts 32 ausgelassen wird. Als Ergebnis wird eine Vielzahl von Elektrodenbildungsplatten 205 erhalten.
  • Zusätzlich ist in jeder Elektrodenbildungsplatte 205 um die Bereiche zur Bildung des Elektrodenabschnitts 31 und des Nicht-Elektrodenabschnitts 32 herum ein Seitenrandabschnitt 209 bereitgestellt, der später in dem Schneideschritt auszuschneiden ist. Die Grenze 317 zwischen den zwei Bereichen bildet das Innenende 315 des Elektrodenabschnitts 31 der internen Elektrodenschicht 3.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird wie in dem ersten Ausführungsbeispiel eine Ag/Pd-Legierung in der Form einer Paste als die Elektrodenmaterialien 310 und 410 verwendet.
  • Ausbildung von Schlitzbildungsplatten
  • Unter Bezugnahme auf 17 wird auf all diejenigen Grünlingsplatten 22, die zur Bildung der Schlitze 15 zugeteilt sind, ein Schlitzbildungsmaterial 150, das in dem nachfolgenden Brennschritt abzufackeln ist, um die Schlitze 15 zu bilden, gedruckt, um zwei Bereiche zur Bildung eines Paars der Schlitze 15 zu besetzen. Als Ergebnis wird eine Vielzahl der Schlitzbildungsplatten 208 erhalten.
  • Zusätzlich ist in jeder Schlitzbildungsplatte 208 um die Bereiche zur Bildung des Paars der Schlitze 15 herum ein Seitenrandabschnitt 209 bereitgestellt, der später in dem Schneideschritt auszuschneiden ist.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das gleiche Schlitzbildungsmaterial 150 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet.
  • Thermokompressionsbonden
  • Zuerst werden unter Bezugnahme auf 18 die Elektrodenschichtbildungsplatten 201, die Elektrodenschichtbildungsplatten 202, die Elektrodenschichtbildungsplatten 205 und die Schlitzbildungsplatten 208 in einer vorbestimmten Abfolge zusammengeschichtet, wobei die Seitenrandabschnitte 209 der Platten 201, 202, 205 und 208 in der Schichtungsrichtung abgeglichen werden. Dementsprechend ist jede der Elektrodenschichtbildungsplatten 205 auf eine der Schlitzbildungsplatten 208 geschichtet, wobei ein Plattenpaar gebildet wird, das eine Dicke von 160 μm aufweist. Die Elektrodenschichtbildungsplatten 202 werden abwechselnd mit den Elektrodenschichtbildungsplatten 201 und den Plattenpaaren der Elektrodenschichtbildungsplatten 205 und der Schlitzbildungsplatten 208 geschichtet. Ferner sind die Plattenpaare der Elektrodenschichtbildungsplatten 205 und der Schlitzbildungsplatten 208 in der Schichtungsrichtung bei vorbestimmten Intervallen beabstandet.
  • Außerdem wird ferner eine vorbestimmte Anzahl der Grünlingsplatten 20, die alle kein darauf gedrucktes Elektrodenmaterial aufweisen, auf dem Kopfteil und unter den Boden der Gesamtheit der geschichteten Platten 201, 202, 205 und 208 geschichtet, um die Dummy-Schichten 29 zu bilden.
  • Dann werden alle geschichteten Platten in der Schichtungsrichtung mit einem Druck von 50 MPa zusammengedrückt, während sie bei einer Temperatur von 100°C erwärmt werden, wodurch eine vorläufige Schichtung 690 gebildet wird.
  • Es ist anzumerken, dass zur Vereinfachung in 18 die vorläufige Schichtung 690 so dargestellt ist, dass sie lediglich eine kleinere Anzahl der Platten 201, 202, 205 und 208 umfasst, als sie tatsächlich umfasst.
  • Schneiden
  • Die vorläufige Schichtung 690 wird mittels einer Schneideeinrichtung in der Schichtungsrichtung geschnitten, um die Seitenrandabschnitte 209 aller geschichteter Platten zu entfernen. Dementsprechend sind die Elektrodenmaterialien 310 und 410 und das Schlitzbildungsmaterial 150 jeweils zu den entsprechenden Seitenflächen der vorläufigen Schichtung 690 freigelegt.
  • Brennen
  • Zuerst wird die vorläufige Schichtung 690, wie sie in 18 gezeigt ist, in der gleichen Art und Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erwärmt und entfettet. Ferner wird die vorläufige Schichtung 69 in der gleichen Art und Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel gebrannt, wobei die keramische Schichtung 69 gebildet wird.
  • Endbehandlung
  • Die keramische Schichtung 69 wird bei den vier zugehörigen Ecken abgekantet. Dementsprechend weist die keramische Schichtung 69 einen achteckigen Querschnitt senkrecht zu der Schichtungsrichtung auf.
  • Dann wird die keramische Schichtung 69 über der gesamten zugehörigen Oberfläche poliert. Danach wird eine Ag-Paste auf beide Seitenflächen 695a und 695b der keramischen Schichtung 69 aufgebracht und gebacken, um die Seitenelektroden 11 und 12 zu bilden. Dementsprechend sind alle internen Elektrodenschichten 3 elektrisch lediglich mit der Seitenelektrode 11 verbunden, wohingegen alle internen Elektrodenschichten 4 elektrisch lediglich mit der Seitenelektrode 12 verbunden sind.
  • Als Ergebnis wird das geschichtete piezoelektrische Element 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erhalten.
  • Das geschichtete piezoelektrische Element 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die nachstehend genannten Vorteile auf.
  • In dem geschichteten piezoelektrischen Element 6 sind die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 aus PZT mit dem dazu hinzugefügten Härter hergestellt, wobei sie somit einen höheren Isolationswiderstand als die keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 aufweisen, die aus PZT ohne den dazu hinzugefügten Härter hergestellt sind.
  • Zur Vereinfachung der Beschreibung sei unter Bezugnahme auf die 14 und 15 für jeden der Schlitze 15 die interne Elektrodenschicht 3, die dem Schlitz 15 am nächsten ist, eine interne Elektrodenschicht 35; die interne Elektrodenschicht 4, die dem Schlitz 15 am nächsten ist, sei eine interne Elektrode 45; die Elektrodenabschnitte der internen Elektrodenschichten 35 und 45 seien jeweils Elektrodenabschnitte 311 und 411.
  • Mit dem höheren Isolationswiderstand der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 ist es, auch wenn Wasser in die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 über die Schlitze 15 eingebracht wird und die Elektrodenabschnitte 311 und 411 der internen Elektrodenschichten 35 und 45 durch das Wasser ionisiert werden, weiterhin möglich, ein Auftreten einer elektrischen Störung in den keramischen Schlitzbildungsschichten 25 zuverlässig zu verhindern. Als Ergebnis ist es möglich, eine bessere Haltbarkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 6 sicherzustellen.
  • Außerdem ist in dem geschichteten piezoelektrischen Element 6 jede der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 zwischen den internen Elektrodenschichten 35 und 45 geschichtet, die jeweils mit den Seitenelektroden 11 und 12 verbunden sind und somit unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
  • Dementsprechend kann, wenn die Spannung an die internen Elektrodenschichten 35 und 45 über die Seitenelektroden 11 und 12 angelegt wird, die keramische Schlitzbildungsschicht 25 in der gleichen Art und Weise wie die keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 halb versetzt werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 6 sicherzustellen.
  • Modifikation 3
  • 19 zeigt einen Teil eines geschichteten piezoelektrischen Elements 6 gemäß einer Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels.
  • In dieser Modifikation sind die keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 2 ferner in erste keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 und zweite keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 klassifiziert. Jede der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 weist keinen darin ausgebildeten Schlitz auf und weist lediglich eine der internen Elektrodenschichten 3 und 4 auf, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 angeordnet ist. Jede der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 weist keinen darin ausgebildeten Schlitz auf und weist zwei oder mehr der internen Elektrodenschichten 3 und 4 auf, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 angeordnet ist.
  • Ferner sind in dieser Modifikation die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 aus PZT mit einem dazu hinzugefügten Härter hergestellt, während sowohl die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 als auch die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 aus PZT ohne einen dazu hinzugefügten Härter hergestellt sind. Dementsprechend weisen die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 einen höheren Isolationswiderstand als die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 und die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 auf.
  • Mit dem höheren Isolationswiderstand der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 ist es, auch wenn Wasser in die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 über die Schlitze 15 eingebracht wird, weiterhin möglich, ein Auftreten einer elektrischen Störung in den ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 zuverlässig zu verhindern. Als Ergebnis ist es möglich, eine bessere Haltbarkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 6 sicherzustellen.
  • Modifikation 4
  • 20 zeigt einen Teil eines geschichteten piezoelektrischen Elements 6 gemäß einer weiteren Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels.
  • In dieser Modifikation werden sowohl die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 als auch die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 aus PZT mit einem dazu hinzugefügten Härter hergestellt, während die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 aus PZT ohne einen dazu hinzugefügten Härter hergestellt werden. Dementsprechend weisen sowohl die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 als auch die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 einen höheren Isolationswiderstand als die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 auf.
  • Mit dem höheren Isolationswiderstand der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 und der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 ist es, auch wenn Wasser in die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 über die Schlitze 15 eingebracht wird, weiterhin möglich, ein Auftreten einer elektrischen Störung in den keramischen Schlitzbildungsschichten 25 und den ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 zuverlässig zu verhindern. Als Ergebnis ist es möglich, eine bessere Haltbarkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 6 sicherzustellen.
  • Modifikation 5
  • In dem dritten Ausführungsbeispiel wird dem PZT lediglich Mn2O5 als der Härter zum Erreichen des höheren Isolationswiderstands der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 hinzugefügt.
  • Es ist jedoch ebenso möglich, dass der Härter ein oder mehrere von Oxiden von Fe, Cr, Ni und Mn beinhaltet. Außerdem wird der Härter vorzugsweise dem PZT in einem Verhältnis von 0,001 bis 30 Gewichtsteile des Härters auf 100 Gewichtsteile des PZT hinzugefügt.
  • Der Grund hierfür ist, dass es, wenn der Härter weniger als 0,001 Gewichtsteile aufweist, unmöglich sein kann, den höheren Isolationswiderstand der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 zu erreichen. Demgegenüber kann es, wenn der Härter mehr als 30 Gewichtsteile aufweist, unmöglich sein, eine hervorragende Versatzleistungsfähigkeit des geschichteten piezoelektrischen Elements 6 zu erreichen.
  • Modifikation 6
  • In dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel und den zugehörigen Modifikationen weisen die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 und/oder die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 eine zu den zweiten Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 unterschiedliche Zusammensetzung auf, wodurch der höhere Isolationswiderstand im Vergleich zu den zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 erreicht wird.
  • Es können jedoch die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 und/oder die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 die gleiche Zusammensetzung wie die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 aufweisen, jedoch eine höhere Dichte aufweisen, wodurch der höhere Isolationswiderstand erreicht wird.
  • Beispielsweise können die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 und/oder die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 aus Rohmaterialpulvern aus PZT mit einer ersten Korngröße hergestellt werden, und die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27 können aus Rohmaterialpulvern aus PZT mit einer zweiten Korngröße hergestellt werden; die erste Korngröße ist das 0,2- bis 0,8-fache der zweiten Korngröße. Dementsprechend wäre nach dem Brennschritt die volumenbezogene Masse der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 und/oder der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 das 7,6- bis 7,8-fache der volumenbezogenen Masse der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 27.
  • Zusätzlich kann, wenn die erste Korngröße kleiner als das 0,2-fache der zweiten Korngröße ist, die Dichte derjenigen keramischen Schichten, die mit der ersten Korngröße hergestellt werden, zu hoch werden, was ein Auftreten von Bruchstellen in den ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 während des Brennschritts verursacht. Demgegenüber kann es, wenn die erste Korngröße größer als das 0,8-fache der zweiten Korngröße ist, schwierig sein, die höhere Dichte und somit den höheren Isolationswiderstand derjenigen keramischen Schichten zu erreichen, die mit der ersten Korngröße hergestellt werden.
  • Des Weiteren können die keramischen Schlitzbildungsschichten 25 und/oder die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten 26 ebenso eine unterschiedliche Zusammensetzung zu den sowie eine höhere Dichte als die zweiten keramischen Nicht- Schlitzbildungsschichten 26 aufweisen, wodurch der höhere Isolationswiderstand erreicht wird.
  • Beispielsweise können eine oder beide der keramischen Schlitzbildungsschichten 25 aus einer piezoelektrischen Keramik hergestellt werden, die durch ein Hinzufügen von einem oder mehreren Zusatzstoffen, wie beispielsweise Nb2O5, Mn2O3 und Mn2O5, zu dem PZT erhalten wird.
  • Zusätzlich ist es in dem Fall einer Verwendung von Nb2O5 als den Zusatzstoff zu bevorzugen, Nb2O5 in einer Menge hinzuzufügen, die 0,01 bis 5 Gew.-% der Menge von PZT entspricht. Demgegenüber ist es in dem Fall einer Verwendung von Mn2O3 oder von Mn2O5 als den Zusatzstoff zu bevorzugen, Mn2O3 oder Mn2O5 in einer Menge hinzuzufügen, die 0,01 bis 1 Gew.-% der Menge von PZT entspricht.
  • Weitere Modifikationen
  • Der Isolationswiderstand jeder piezoelektrischen keramischen Schicht in dem geschichteten piezoelektrischen Element 6 kann beispielsweise in der nachstehend beschriebenen Art und Weise gemessen werden. Zuerst werden beide Seitenelektroden 11 und 12 von der keramischen Schichtung 69 beispielsweise durch ein Polieren bzw. Abschleifen entfernt. Dann werden die internen Elektrodenschichten 3 und 4, in die die piezoelektrische keramische Schicht 2 eingelegt ist, mit einer Stromquelle von 200 V verbunden, wobei ein elektrischer Kreis gebildet wird, in dem die piezoelektrische keramische Schicht 2 in Reihe geschaltet mit einem Widerstand ist. Danach wird der Isolationswiderstand der piezoelektrischen keramischen Schicht 2 auf der Grundlage des Stroms bestimmt, der durch den Widerstand fließt. Zusätzlich ist es zur Verbesserung der Messgenauigkeit zu bevorzugen, den durch den Widerstand fließenden Strom beispielsweise nach zwei Minuten ab der Bildung des elektrischen Kreises und bei einer stabilen Umgebungstemperatur von beispielsweise (20 ± 2)°C zu messen.
  • Demgegenüber kann die Dichte jeder piezoelektrischen keramischen Schicht 2 in dem geschichteten piezoelektrischen Element 6 beispielsweise in der nachstehend beschriebenen Art und Weise gemessen werden. Zuerst wird ein Teil der piezoelektrischen keramischen Schicht 2 von der keramischen Schichtung 69 beispielsweise durch einen Schneidevorgang ausgeschnitten. Dann werden sowohl das Gewicht als auch das Volumen des Teils beispielsweise mittels einer elektronischen Waage und eines Werkzeugmikroskops gemessen. Danach wird die Dichte der piezoelektrischen keramischen Schicht 2 auf der Grundlage des gemessenen Gewichts und des Volumens des Teils bestimmt.
  • Während die vorstehenden spezifischen Ausführungsbeispiele und Modifikationen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene weitere Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen ausgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
  • Ein geschichtetes piezoelektrisches Element (1) ist offenbart, das eine keramische Schichtung (19), ein Paar von Seitenelektroden (11, 12), die jeweils auf einem entgegengesetzten Paar von Seitenflächen (195a, 195b) der keramischen Schichtung (19) bereitgestellt sind, und eine Vielzahl von Schlitzen (15) umfasst, die jeweils von einer der Seitenflächen (195a, 195b) der keramischen Schichtung (19) eingelassen sind. Die keramische Schichtung (19) ist gebildet, indem abwechselnd eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten (34) geschichtet wird. Die piezoelektrischen keramischen Schichten (2) umfassen keramische Schlitzbildungsschichten (25), von denen jede ein Paar der Schlitze (15) darin ausgebildet aufweist, und keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (2), von denen jede keinen darin ausgebildeten Schlitz aufweist. Außerdem gilt c > 2 × d, wobei c die Dicke der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) ist und d die Dicke der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (2) ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2006-216850 [0008]

Claims (15)

  1. Geschichtetes piezoelektrisches Element (1) mit: einer keramischen Schichtung (19), die gebildet ist, indem abwechselnd eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) geschichtet wird, wobei die keramische Schichtung (19) ein entgegengesetztes Paar erster und zweiter Seitenflächen (195a, 195b) aufweist, und einem Paar erster und zweiter Seitenelektroden (11, 12), die jeweils auf den ersten und zweiten Seitenflächen (195a, 195b) der keramischen Schichtung (19) bereitgestellt sind, wobei die Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) erste interne Elektrodenschichten (3) und zweite interne Elektrodenschichten (4) umfasst, wobei die ersten internen Elektrodenschichten (3) abwechselnd mit den zweiten internen Elektrodenschichten (4) in einer Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (19) angeordnet sind, wobei jede der ersten internen Elektrodenschichten (3) einen Elektrodenabschnitt (31) und einen Nicht- Elektrodenabschnitt (32) umfasst, wobei der Elektrodenabschnitt (31) elektrisch leitfähig ist und zu der ersten Seitenfläche (195a) der keramischen Schichtung (19) so freigelegt ist, dass er elektrisch mit der ersten Seitenelektrode (11) verbunden ist, wobei der Elektrodenabschnitt (31) ein Innenende (315) aufweist, das von der zweiten Seitenfläche (195b) der keramischen Schichtung (19) um eine vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (32) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der zweiten Seitenfläche (195b) der keramischen Schichtung (19) freigelegt ist, wobei jede der zweiten internen Elektrodenschichten (4) einen Elektrodenabschnitt (41) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (42) umfasst, wobei der Elektrodenabschnitt (41) elektrisch leitfähig ist und zu der zweiten Seitenfläche (195b) der keramischen Schichtung (19) so freigelegt ist, dass er elektrisch mit der zweiten Seitenelektrode (12) verbunden ist, wobei der Elektrodenabschnitt (41) ein Innenende (415) aufweist, das von der ersten Seitenfläche (195a) der keramischen Schichtung (19) um die vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (42) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der ersten Seitenfläche (195a) der keramischen Schichtung (19) freigelegt ist, wobei die keramische Schichtung (19) ferner eine Vielzahl von Schlitzen (15) umfasst, von denen jeder von einer der Seitenflächen (195a, 195b) der keramischen Schichtung (19) mit einer vorbestimmten Tiefe (b) eingelassen ist und sich in einer Umfangsrichtung der keramischen Schichtung (19) erstreckt, wobei die Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) keramische Schlitzbildungsschichten (25), von denen jede ein Paar der Schlitze (15) darin ausgebildet aufweist, und keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (2) umfasst, von denen jede keinen darin ausgebildeten Schlitz aufweist, und c > 2 × d gilt, wobei c eine Dicke der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) ist und d eine Dicke der keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (2) ist.
  2. Geschichtetes piezoelektrisches Element (1) nach Anspruch 1, wobei c ≤ 4 × d gilt.
  3. Geschichtetes piezoelektrisches Element (1) nach Anspruch 1, wobei in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (19) 10 oder mehr der internen Elektrodenschichten (3, 4) zwischen jedem benachbarten Paar der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet sind.
  4. Geschichtetes piezoelektrisches Element (1) nach Anspruch 1, wobei b > a ist, wobei b die vorbestimmte Tiefe der Schlitze (15) ist und a die vorbestimmte Entfernung ist, um die die Innenenden (315) der Elektrodenabschnitte (13) der ersten internen Elektrodenschichten (3) von der zweiten Seitenfläche (195b) der keramischen Schichtung (19) nach innen eingelassen sind und die Innenenden (415) der Elektrodenabschnitte (41) der zweiten internen Elektrodenschichten (4) von der ersten Seitenfläche (195a) der keramischen Schichtung (19) nach innen eingelassen sind.
  5. Geschichtetes piezoelektrisches Element (5) mit: einer keramischen Schichtung (59), die gebildet ist, indem abwechselnd eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) geschichtet wird, wobei die keramische Schichtung (59) ein entgegengesetztes Paar erster und zweiter Seitenflächen (595a, 595b) aufweist, und einem Paar erster und zweiter Seitenelektroden (11, 12), die jeweils auf den ersten und zweiten Seitenflächen (595a, 595b) der keramischen Schichtung (59) bereitgestellt sind, wobei die Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) erste interne Elektrodenschichten (3) und zweite interne Elektrodenschichten (4) umfasst, wobei die ersten internen Elektrodenschichten (3) abwechselnd mit den zweiten internen Elektrodenschichten (4) in einer Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (59) angeordnet sind, wobei jede der ersten internen Elektrodenschichten (3) einen Elektrodenabschnitt (31) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (32) umfasst, wobei der Elektrodenabschnitt (31) elektrisch leitfähig ist und zu der ersten Seitenfläche (595a) der keramischen Schichtung (59) so freigelegt ist, dass er elektrisch mit der ersten Seitenelektrode (11) verbunden ist, wobei der Elektrodenabschnitt (31) ein Innenende (315) aufweist, das von der zweiten Seitenfläche (595b) der keramischen Schichtung (59) um eine vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (32) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der zweiten Seitenfläche (595b) der keramischen Schichtung (59) freigelegt ist, wobei jede der zweiten internen Elektrodenschichten (4) einen Elektrodenabschnitt (41) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (42) umfasst, wobei der Elektrodenabschnitt (41) elektrisch leitfähig ist und zu der zweiten Seitenfläche (595b) der keramischen Schichtung (59) so freigelegt ist, dass er elektrisch mit der zweiten Seitenelektrode (12) verbunden ist, wobei der Elektrodenabschnitt (41) ein Innenende (415) aufweist, das von der ersten Seitenfläche (595a) der keramischen Schichtung (59) um die vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (42) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der ersten Seitenfläche (595a) der keramischen Schichtung (59) freigelegt ist, wobei die keramische Schichtung (59) ferner eine Vielzahl von Schlitzen (15) umfasst, von denen jeder von einer der Seitenflächen (595a, 595b) der keramischen Schichtung (59) mit einer vorbestimmten Tiefe (b) eingelassen ist und sich in einer Umfangsrichtung der keramischen Schichtung (59) erstreckt, wobei die Vielzahl der piezoelektrischen keramischen Schichten (2) keramische Schlitzbildungsschichten (25), erste keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) und zweite keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) umfasst, wobei jede der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) ein Paar der Schlitze (15) darin ausgebildet aufweist, jede der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) keinen darin ausgebildeten Schlitz aufweist und lediglich eine der internen Elektrodenschichten (3, 4) aufweist, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet ist, jede der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) keinen darin ausgebildeten Schlitz aufweist und zwei oder mehr der internen Elektrodenschichten (3, 4) aufweist, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet sind, und e > d gilt, wobei e eine Dicke der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) ist und d eine Dicke der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) ist.
  6. Geschichtetes piezoelektrisches Element (5) nach Anspruch 5, wobei e ≤ 2 × d gilt.
  7. Geschichtetes piezoelektrisches Element (5) nach Anspruch 5, wobei c > 2 × d gilt, wobei c eine Dicke der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) ist.
  8. Geschichtetes piezoelektrisches Element (5) nach Anspruch 7, wobei c ≤ 4 × d gilt.
  9. Geschichtetes piezoelektrisches Element (5) nach Anspruch 5, wobei in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (59) 10 oder mehr der internen Elektrodenschichten (3, 4) zwischen jedem benachbarten Paar der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet sind.
  10. Geschichtetes piezoelektrisches Element (5) nach Anspruch 5, wobei b > a ist, wobei b die vorbestimmte Tiefe der Schlitze (15) ist und a die vorbestimmte Entfernung ist, um die die Innenenden (315) der Elektrodenabschnitte (13) der ersten internen Elektrodenschichten (3) von der zweiten Seitenfläche (595b) der keramischen Schichtung (59) nach innen eingelassen sind und die Innenenden (415) der Elektrodenabschnitte (41) der zweiten internen Elektrodenschichten (4) von der ersten Seitenfläche (595a) der keramischen Schichtung (59) nach innen eingelassen sind.
  11. Geschichtetes piezoelektrisches Element (6) mit: einer keramischen Schichtung (69), die gebildet ist, indem abwechselnd eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten (2) mit einer Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) geschichtet wird, wobei die keramische Schichtung (69) ein entgegengesetztes Paar erster und zweiter Seitenflächen (695a, 695b) aufweist, und einem Paar erster und zweiter Seitenelektroden (11, 12), die jeweils auf den ersten und zweiten Seitenflächen (695a, 695b) der keramischen Schichtung (69) bereitgestellt sind, wobei die Vielzahl interner Elektrodenschichten (3, 4) erste interne Elektrodenschichten (3) und zweite interne Elektrodenschichten (4) umfasst, wobei die ersten internen Elektrodenschichten (3) abwechselnd mit den zweiten internen Elektrodenschichten (4) in einer Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (69) angeordnet sind, wobei jede der ersten internen Elektrodenschichten (3) einen Elektrodenabschnitt (31) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (32) umfasst, wobei der Elektrodenabschnitt (31) elektrisch leitfähig ist und zu der ersten Seitenfläche (695a) der keramischen Schichtung (69) so freigelegt ist, dass er elektrisch mit der ersten Seitenelektrode (11) verbunden ist, wobei der Elektrodenabschnitt (31) ein Innenende (315) aufweist, das von der zweiten Seitenfläche (695b) der keramischen Schichtung (69) um eine vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (32) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der zweiten Seitenfläche (695b) der keramischen Schichtung (69) freigelegt ist, wobei jede der zweiten internen Elektrodenschichten (4) einen Elektrodenabschnitt (41) und einen Nicht-Elektrodenabschnitt (42) umfasst, wobei der Elektrodenabschnitt (41) elektrisch leitfähig ist und zu der zweiten Seitenfläche (695b) der keramischen Schichtung (69) so freigelegt ist, dass er elektrisch mit der zweiten Seitenelektrode (12) verbunden ist, wobei der Elektrodenabschnitt (41) ein Innenende (415) aufweist, das von der ersten Seitenfläche (695a) der keramischen Schichtung (69) um die vorbestimmte Entfernung (a) nach innen eingelassen ist, wodurch der Nicht-Elektrodenabschnitt (42) gebildet wird, der elektrisch isolierend ist und zu der ersten Seitenfläche (695a) der keramischen Schichtung (69) freigelegt ist, wobei die keramische Schichtung (69) ferner eine Vielzahl von Schlitzen (15) umfasst, von denen jeder von einer der Seitenflächen (695a, 695b) der keramischen Schichtung (69) mit einer vorbestimmten Tiefe (b) eingelassen ist und sich in einer Umfangsrichtung der keramischen Schichtung (69) erstreckt, wobei die Vielzahl der piezoelektrischen keramischen Schichten (2) keramische Schlitzbildungsschichten (25), erste keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) und zweite keramische Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) umfasst, wobei jede der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) ein Paar der Schlitze (15) darin ausgebildet aufweist, jede der ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) keinen darin ausgebildeten Schlitz aufweist und lediglich eine der internen Elektrodenschichten (3, 4) aufweist, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet ist, jede der zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) keinen darin ausgebildeten Schlitz aufweist und zwei oder mehr der internen Elektrodenschichten (3, 4) aufweist, die zwischen ihr selbst und einer nächstliegenden der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet sind, und die keramischen Schlitzbildungsschichten (25) und/oder die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) einen höheren Isolationswiderstand als die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) aufweisen.
  12. Geschichtetes piezoelektrisches Element (6) nach Anspruch 11, wobei die keramischen Schlitzbildungsschichten (25) und/oder die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) aus einer ersten piezoelektrischen Keramik hergestellt sind, die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) aus einer zweiten piezoelektrischen Keramik hergestellt sind, und die erste piezoelektrische Keramik eine unterschiedliche Zusammensetzung zu der zweiten piezoelektrischen Keramik und einen höheren Isolationswiderstand als die zweite piezoelektrische Keramik aufweist.
  13. Geschichtetes piezoelektrisches Element (6) nach Anspruch 11, wobei die keramischen Schlitzbildungsschichten (25) und/oder die ersten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (26) aus einer ersten piezoelektrischen Keramik hergestellt sind, die zweiten keramischen Nicht-Schlitzbildungsschichten (27) aus einer zweiten piezoelektrischen Keramik hergestellt sind, und die erste piezoelektrische Keramik eine höhere Dichte als die zweite piezoelektrische Keramik aufweist.
  14. Geschichtetes piezoelektrisches Element (6) nach Anspruch 11, wobei in der Schichtungsrichtung der keramischen Schichtung (69) 10 oder mehr der internen Elektrodenschichten (3, 4) zwischen jedem benachbarten Paar der keramischen Schlitzbildungsschichten (25) angeordnet sind.
  15. Geschichtetes piezoelektrisches Element (6) nach Anspruch 11, wobei b > a ist, wobei b die vorbestimmte Tiefe der Schlitze (15) ist und a die vorbestimmte Entfernung ist, um die die Innenenden (315) der Elektrodenabschnitte (13) der ersten internen Elektrodenschichten (3) von der zweiten Seitenfläche (695b) der keramischen Schichtung (69) nach innen eingelassen sind und die Innenenden (415) der Elektrodenabschnitte (41) der zweiten internen Elektrodenschichten (4) von der ersten Seitenfläche (695a) der keramischen Schichtung (69) nach innen eingelassen sind.
DE200910001090 2008-02-22 2009-02-23 Geschichtetes piezoelektrisches Element Withdrawn DE102009001090A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008042105A JP2009200359A (ja) 2008-02-22 2008-02-22 積層型圧電素子
JP2008-042105 2008-02-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009001090A1 true DE102009001090A1 (de) 2009-08-27

Family

ID=40896882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200910001090 Withdrawn DE102009001090A1 (de) 2008-02-22 2009-02-23 Geschichtetes piezoelektrisches Element

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2009200359A (de)
DE (1) DE102009001090A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3188506A4 (de) * 2014-08-28 2018-06-06 Kyocera Corporation Piezoelektrisches element und akustischer generator, akustische erzeugungsvorrichtung und elektronische vorrichtung damit

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101087378B1 (ko) 2009-12-28 2011-11-25 전자부품연구원 압전 적층 세라믹 소자 및 그 제조 방법
DE102010006587A1 (de) 2010-02-02 2011-08-04 Epcos Ag, 81669 Piezoelektrisches Bauelement
JP6259194B2 (ja) * 2013-03-21 2018-01-10 日本特殊陶業株式会社 圧電素子
JP2014187061A (ja) * 2013-03-21 2014-10-02 Taiheiyo Cement Corp 圧電素子およびその作製方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006216850A (ja) 2005-02-04 2006-08-17 Tdk Corp 積層型圧電素子

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04337682A (ja) * 1991-05-15 1992-11-25 Nec Corp 圧電効果素子および電歪効果素子
JP2004297043A (ja) * 2003-03-13 2004-10-21 Denso Corp 積層型圧電体素子
JP2005011913A (ja) * 2003-06-18 2005-01-13 Shoei Chem Ind Co セラミック積層型電気機械変換素子とその製造方法
JP2006351602A (ja) * 2005-06-13 2006-12-28 Nec Tokin Corp 積層型圧電アクチュエータ素子

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006216850A (ja) 2005-02-04 2006-08-17 Tdk Corp 積層型圧電素子

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3188506A4 (de) * 2014-08-28 2018-06-06 Kyocera Corporation Piezoelektrisches element und akustischer generator, akustische erzeugungsvorrichtung und elektronische vorrichtung damit
US10333051B2 (en) 2014-08-28 2019-06-25 Kyocera Corporation Piezoelectric element, and acoustic generator, acoustic generation device, and electronic apparatus employing same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009200359A (ja) 2009-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1597780B1 (de) Elektrisches vielschichtbauelement und schichtstapel
EP0894341B1 (de) Monolithischer vielschicht-piezoaktor und verfahren zur herstellung
EP1908131B1 (de) Verfahren zum herstellen eines monolithischen piezoaktors mit teilstapeln, monolithischer piezoaktor mit teilstapeln und verwendung des piezoaktors
EP2436051B1 (de) Piezoelektrisches bauelement
DE102004012033A1 (de) Laminiertes piezoelektrisches Element
EP1233461B1 (de) Piezokeramischer Vielschichtaktor mit einem Übergangsbereich zwischen dem aktiven Bereich und dem inaktiven Kopf- und Fussbereich
DE102006000175A1 (de) Geschichtetes piezoelektrisches Element
DE102020102284A1 (de) Piezoelektrisches Mehrschichtelement
DE102009001090A1 (de) Geschichtetes piezoelektrisches Element
DE112013003964T5 (de) Laminierter Keramikkondensator und Herstellungsverfahren dafür
DE102004026572A1 (de) Herstellungsverfahren für piezoelektrisches Schichtelement
EP2543085B1 (de) Piezoelektrisches bauelement
DE102004025073A1 (de) Piezoelektrisches Betätigungsglied
DE102008042232A1 (de) Laminiertes piezoelektrisches Element und Verfahren, dieses herzustellen
DE102004018100B4 (de) Gestapeltes piezoelektrisches Element
EP2529423B1 (de) Piezoelektrisches bauelement
DE102008043651A1 (de) Piezoelektrisches Schichtelement
DE102007012916A1 (de) Laminiertes piezoelektrisches Element und Herstellungsverfahren hierfür
DE102012218755B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements als Stapel und als Stapel ausgebildetes elektronisches Bauelement
DE102004007999A1 (de) Piezoelektrischer Aktuator
DE102020126404B4 (de) Piezoelektrisches Vielschichtbauelement
DE102007055900A1 (de) Geschichteter Gassensor mit verbessertem Aufbau zum zuverlässigen Verhindern von Brüchen
WO2003092019A1 (de) Ptc-bauelement und verfahren zu dessen herstellung
EP2847805B1 (de) Verfahren zur herstellung eines vielschichtbauelements und durch das verfahren hergestellte vielschichtbauelement
DE102020108573B4 (de) Piezoelektrisches Mehrschichtelement

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20130903