JP2003503859A - Piezo multilayer actuator with crack stopper for diesel injector and method of manufacturing this piezoelectric multilayer actuator - Google Patents
Piezo multilayer actuator with crack stopper for diesel injector and method of manufacturing this piezoelectric multilayer actuatorInfo
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Abstract
(57)【要約】 積層体に配置された複数の圧電セラミックス層と、圧電セラミックス層の間に配置された複数の内部電極とを有する圧電多層アクチュエータであって、複数の内部電極が、積層体の第１の側部及び第２の側部から交互に延出している。第１及び第２の外部電極が、積層体の第１の側部と第２の側部とからそれぞれ延出した複数の内部電極に接続されている。内部電極は、第１及び第２の接続領域において厚さ増大部を有しており、この厚さ増大部は、内部電極を補強するために、複数の内部電極の他の部分よりも厚い。引張応力によって内部電極に生じるおそれのあるき裂は、第１及び第２の接続領域において内部電極の厚さ増大部の周囲に進展する。したがって、外部電極へのき裂の進展は、これに伴う外部電極における電流の中断の可能性と共に低減される又は排除される。 (57) [Summary] A piezoelectric multilayer actuator having a plurality of piezoelectric ceramic layers arranged in a laminate and a plurality of internal electrodes arranged between the piezoelectric ceramic layers, wherein the plurality of internal electrodes are Alternately extend from the first side and the second side. First and second external electrodes are connected to a plurality of internal electrodes respectively extending from the first side and the second side of the laminate. The internal electrode has a thickness increasing portion in the first and second connection regions, and the thickness increasing portion is thicker than other portions of the plurality of internal electrodes to reinforce the internal electrode. Cracks that may occur in the internal electrode due to tensile stress propagate around the thickened portion of the internal electrode in the first and second connection regions. Thus, crack propagation to the outer electrode is reduced or eliminated with the concomitant interruption of current at the outer electrode.
Description
【０００１】
発明の分野
本発明は、概して圧電多層装置、特に、ディーゼル噴射装置のためのき裂ストッ
パを備えた圧電セラミックス多層アクチュエータに関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to piezoelectric multilayer devices, and more particularly to piezoelectric ceramic multilayer actuators with crack stoppers for diesel injectors.
【０００２】
背景情報
多層圧電セラミックス装置を用いるアクチュエータは、内燃機関のためのディー
ゼル燃料噴射装置において使用される。圧電セラミックスは、機械的な圧力又は
緊張によって帯電し、電気的に帯電されると膨張又は収縮するという性質を有す
る。この効果を増強するために、モノリシック多層アクチュエータが使用され、
このモノリシック多層アクチュエータは、圧電セラミックスの薄い箔の焼結され
た積層体、例えば、埋設された金属製内部電極を備えたジルコン酸チタン酸鉛か
ら成っている。内部電極は交互に積層体から延出しており、平行に外部電極を介
して接続されている。積層体の接点側では、主金属層又は外部電極が提供され、
この主金属層は、個々の内部電極に接続されている。BACKGROUND INFORMATION Actuators using multilayer piezoelectric ceramics devices are used in diesel fuel injection systems for internal combustion engines. Piezoelectric ceramics have the property of being charged by mechanical pressure or tension and expanding or contracting when electrically charged. To enhance this effect, a monolithic multilayer actuator is used,
This monolithic multilayer actuator consists of a sintered stack of thin foils of piezoelectric ceramics, for example lead zirconate titanate with embedded metal internal electrodes. The internal electrodes alternately extend from the stacked body and are connected in parallel via the external electrodes. On the contact side of the stack, a main metal layer or external electrode is provided,
This main metal layer is connected to each internal electrode.
【０００３】
電圧が外部電極に印加されると、圧電箔が電界方向に膨張する。個々の圧電箔
を連続して機械的に接続することにより、圧電セラミックス全体の公称膨張が、
低い電圧においてさえも達成される。When a voltage is applied to the external electrodes, the piezoelectric foil expands in the electric field direction. By mechanically connecting individual piezoelectric foils in series, the nominal expansion of the entire piezoelectric ceramic is
It is achieved even at low voltages.
【０００４】
これらのモノリシック多層アクチュエータは、ドイツ特許第４０３６２８７号
明細書に詳細に記載されている。流量調整バルブにおけるこのようなアクチュエ
ータの適用も前記明細書に記載されている。These monolithic multilayer actuators are described in detail in DE 4036287. The application of such actuators in flow control valves is also described in the above specification.
【０００５】
圧電多層アクチュエータの内部電極は、約４μｍの厚さのＡｇペーストからス
クリーン印刷されるか、まれなケースとして、約１μｍの厚さのＣｕＮｉ層から
スパッタリングされる。電気的絶縁のために内部電極が外部電極から交互に離間
させられているので、電界の弱い領域が圧電箔積層体の外縁に生じ、これらの領
域にでは圧電箔が積層体の中央領域よりも膨張しない。その結果、外側の領域に
おいて引張り応力が生じ、接着力よりも大きくなると、圧電箔層と内部電極との
間に層間剥離が生じ、電極にき裂が生じる。き裂は、外方へ外部電極にまで進展
し、き裂が全体に生じると電流の中断をもたらす。The internal electrodes of the piezoelectric multilayer actuator are screen printed from about 4 μm thick Ag paste or, in rare cases, sputtered from about 1 μm thick CuNi layer. Because the internal electrodes are alternately spaced from the external electrodes for electrical insulation, areas of weak electric field occur at the outer edges of the piezoelectric foil stack, where the piezoelectric foil is less than the central area of the stack. Does not expand. As a result, when tensile stress is generated in the outer region and becomes larger than the adhesive force, delamination occurs between the piezoelectric foil layer and the internal electrode, and the electrode is cracked. The crack propagates outwardly to the external electrode, causing a current interruption when the crack is propagated throughout.
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６４８５４５号明細書には、高い動荷重
においてさえも多層アクチュエータの破壊を回避するためのモノリシック多層ア
クチュエータを改良する方法が記載されている。この出願は、三次元に編組され
た、導電性側部電極を説明しており、この導電性側部電極は、ろう接によって別
々の接点箇所において外部電極と接続されており、接点の間で膨張可能に形成さ
れている。例えば、接点にトラフを備えた波形側部電極が説明されている。アク
チュエータの作動電流は、この配列によって二次的な電流に分割される。二次的
な電流は接点から外部電極を介して金属内部電極にまで流れる。外部電極に生じ
たき裂は、電流を中断させることなく、三次元電極を通る二次的電流の再経路に
のみつながる。しかしながら、側部電極は、所定の位置にろう接されなければな
らない付加的なコンポーネントであり、このことは付加的なコストを課す。また
、ろう接部と側部電極との間のせん断割れが、側部電極の分離時に生じるおそれ
がある。DE-A-196 48 545 describes a method for improving a monolithic multilayer actuator to avoid destruction of the multilayer actuator even at high dynamic loads. This application describes a three-dimensionally braided, conductive side electrode, which is connected by brazing to external electrodes at separate contact points and between the contacts. Inflatable. For example, corrugated side electrodes with troughs at their contacts have been described. The actuating current of the actuator is divided into secondary currents by this arrangement. The secondary current flows from the contact through the outer electrode to the metal inner electrode. The cracks in the outer electrode lead only to the recurrent path of the secondary current through the three-dimensional electrode without interrupting the current. However, the side electrodes are additional components that must be brazed in place, which imposes additional costs. Further, shear cracking between the brazing portion and the side electrode may occur when the side electrode is separated.
【０００７】
発明の概要
本発明は、第１及び第２の側部を有する積層体に配置された圧電材料の複数の層
と、圧電材料の複数の層の間に配置された複数の内部電極とを有しており、この
複数の内部電極が、内部電極の第１のセットと内部電極の第２のセットとをそれ
ぞれ形成するように第１の側と第２の側とから交互に延出しているような、圧電
多層アクチュエータを提供する。第１の外部電極が、積層体の第１の側部に配置
されており、この第１の外部電極は、第１の接続領域において内部電極の第１の
セットに接続されており、第２の外部電極が、積層体の第２の側部に配置されて
おり、この第２の外部電極は、第２の接続領域において内部電極の第２のセット
に接続されている。複数の内部電極は、第１及び第２の接続領域において厚さ増
大部を有しており、この厚さ増大部は、複数の内部電極の他の部分よりも厚い。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a plurality of layers of piezoelectric material disposed in a laminate having first and second sides and a plurality of internal electrodes disposed between the plurality of layers of piezoelectric material. And a plurality of inner electrodes extending alternately from the first side and the second side to form a first set of inner electrodes and a second set of inner electrodes, respectively. A piezoelectric multi-layer actuator is provided. A first outer electrode is disposed on a first side of the stack, the first outer electrode is connected to a first set of inner electrodes in a first connection area, and a second Outer electrodes are arranged on the second side of the stack, the second outer electrodes being connected to the second set of inner electrodes in the second connection region. The plurality of internal electrodes have a thickness increasing portion in the first and second connection regions, and the thickness increasing portion is thicker than other portions of the plurality of internal electrodes.
【０００８】
本発明は、圧電多層アクチュエータを製造する方法をも提供し、この方法は、
第１及び第２の側部を有する積層体に配置された圧電材料の複数の層を提供し、
圧電材料の複数の層の間に配置された複数の内部電極を提供することを含んでお
り、複数の内部電極は、内部電極の第１のセットと内部電極の第２のセットとを
それぞれ形成するように第１の側部と第２の側部とから交互に延出している。こ
の方法はさらに、積層体の第１の側部に配置された第１の外部電極を提供し、こ
の第１の外部電極が第１の接続領域において内部電極の第１のセットに接続され
ており、積層体の第２の側部に配置された第２の外部電極を提供し、この第２の
外部電極が、第２の接続領域において内部電極の第２のセットに接続されており
、厚さ増大部を形成するために第１及び第２の接続領域において複数の内部電極
を厚くすることを含んでおり、厚さ増大部が、複数の内部電極の他の部分よりも
厚い。The present invention also provides a method of manufacturing a piezoelectric multilayer actuator, the method comprising:
Providing a plurality of layers of piezoelectric material arranged in a stack having first and second sides,
Providing a plurality of inner electrodes disposed between a plurality of layers of piezoelectric material, the plurality of inner electrodes forming a first set of inner electrodes and a second set of inner electrodes, respectively. So that they extend alternately from the first side and the second side. The method further provides a first outer electrode disposed on the first side of the stack, the first outer electrode being connected to the first set of inner electrodes in the first connection region. Providing a second outer electrode disposed on a second side of the stack, the second outer electrode being connected to a second set of inner electrodes in a second connection region, Thickening the plurality of internal electrodes in the first and second connection regions to form the thickened portions, the thickened portions being thicker than other portions of the plurality of internal electrodes.
【０００９】
詳細な説明
図１は、Ｅで示された電界ラインを備えた従来の圧電多層アクチュエータ１０を
示している。アクチュエータ１０は、薄い圧電箔２の積層体１２を有している。
内部電極の第１及び第２のセット２２及び３２がそれぞれ圧電箔２に挿入されて
おり、これらの内部電極のセットは、両側部１４及び１６それぞれにおいて積層
体１２から交互に延出している。第１の内部電極２２はそれぞれ個々の接続箇所
において第１の外部電極４２に接続されているのに対し、第２の内部電極３２は
それぞれ個々の接続箇所３４において第２の外部電極５２に接続されている。図
示したように、第１の内部電極２２は第２の外部電極５２から離間されており、
第２の内部電極３２は第１の外部電極４２から離間されており、これにより、第
１の内部電極２２と第２の外部電極５２との間、及び第２の内部電極３２と第１
の外部電極４２との間に電気的絶縁を提供している。これらの離間部によって形
成された領域６２において、Ｅで示したように、第１の内部電極２２と第２の内
部電極３２とによって形成された電界が歪められる。その結果電界は領域６２に
おいて弱められる。DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 shows a conventional piezoelectric multilayer actuator 10 with electric field lines designated E. The actuator 10 has a laminated body 12 of thin piezoelectric foils 2.
First and second sets of internal electrodes 22 and 32, respectively, have been inserted into the piezoelectric foil 2, these sets of internal electrodes extending alternately from the stack 12 on both sides 14 and 16, respectively. The first inner electrode 22 is connected to the first outer electrode 42 at each individual connection point, while the second inner electrode 32 is connected to the second outer electrode 52 at each individual connection point 34. Has been done. As shown, the first inner electrode 22 is spaced from the second outer electrode 52,
The second inner electrode 32 is separated from the first outer electrode 42, so that the second inner electrode 32 is separated from the first inner electrode 22 and the second outer electrode 52 by the second inner electrode 32.
To provide electrical insulation with the external electrodes 42 of the. In the region 62 formed by these separated portions, as indicated by E, the electric field formed by the first internal electrode 22 and the second internal electrode 32 is distorted. As a result, the electric field is weakened in region 62.
【００１０】
図２を参照すると、領域６２において圧電箔は積層体１２の他の領域よりも膨
張せず、応力を生ぜしめる。その結果、層間剥離７０及びき裂７２を生ぜしめる
。き裂７２は外方へ進展し、最終的に第１の外部電極４２又は第２の外部電極５
２における不連続部７４を形成し、それぞれの外部電極における電流を中断させ
る。Referring to FIG. 2, in area 62, the piezoelectric foil does not expand more than in other areas of laminate 12, creating stress. As a result, delamination 70 and cracks 72 occur. The crack 72 propagates outward, and finally the first external electrode 42 or the second external electrode 5
A discontinuity 74 at 2 is formed, interrupting the current at each external electrode.
【００１１】
図３は、本発明による圧電多層アクチュエータ１０の実施例の一部を示してい
る。圧電セラミックス箔２の積層体１２における第１の内部電極２２と第２の内
部電極３２との挿入された離間した配列、及び第１の外部電極３２と第２の外部
電極５２との配列及び接続は、前に説明した従来のアクチュエータとほぼ同じで
ある。しかしながら、この実施例では、第１の内部電極２２と第２の内部電極３
２とには、内部電極が第１及び第２の外部電極４２及び５２それぞれに接続され
ている接続箇所２４及び３４の領域において、厚さ増大部２６が設けられている
。厚さ増大部２６は、内部電極の他の領域よりも厚いので、接続箇所２４及び３
４において内部電極を補強する。FIG. 3 shows a portion of an embodiment of a piezoelectric multilayer actuator 10 according to the present invention. The inserted and spaced arrangement of the first internal electrode 22 and the second internal electrode 32 in the laminated body 12 of the piezoelectric ceramic foil 2, and the arrangement and connection of the first external electrode 32 and the second external electrode 52. Is almost the same as the conventional actuator described above. However, in this embodiment, the first internal electrode 22 and the second internal electrode 3 are
2 is provided with a thickness increasing portion 26 in the regions of the connection points 24 and 34 where the internal electrodes are connected to the first and second external electrodes 42 and 52, respectively. Since the thickness increasing portion 26 is thicker than other regions of the internal electrode, the connecting portions 24 and 3 are not formed.
At 4, the internal electrodes are reinforced.
【００１２】
図４を参照すると、本発明による厚さ増大部２６が設けられている場合に、層
間剥離７０及びき裂７２が生じているが、き裂は厚さ増大部２６の周囲に進展し
、より小さな領域に限定される傾向がある。き裂のこの変向は、き裂エネルギを
減衰させ、き裂の全体進展長さを短縮させる。厚さ増大部２６は、外部電極４２
及び５２における膨張方向“ｙ”（図４）でのき裂７２の有効膨張長さを増大さ
せる。これにより、き裂による外部電極内の張力が減じられる。厚さ増大部の厚
さ“ｔ”（図４）は、外部電極における張力が電極の引張強さよりも小さく低減
され、き裂が外部電極を完全に貫通しないように選択されていてよい。Referring to FIG. 4, when the thickened portion 26 according to the present invention is provided, delamination 70 and a crack 72 occur, but the crack propagates around the thickened portion 26. And tends to be limited to smaller areas. This deflection of the crack damps the crack energy and shortens the overall crack propagation length. The thickness increasing portion 26 has the external electrode 42.
And the effective expansion length of the crack 72 in the expansion direction "y" (FIG. 4) at 52 and 52. This reduces the tension in the outer electrode due to the crack. The thickness "t" (FIG. 4) of the thickened portion may be selected such that the tension at the outer electrode is reduced below the tensile strength of the electrode and the crack does not completely penetrate the outer electrode.
【００１３】
別の有利な効果は、引張強さが接着強度よりも大きくなるように、厚さ増大部
２６における外部電極４２及び５２の引張強さ及び接着強度を選択することによ
って達成されてよい。このことは、き裂を、外部電極全体を貫通することなしに
、厚さ増大部の輪郭に沿って伝わらせる傾向がある。Another advantageous effect may be achieved by selecting the tensile strength and adhesive strength of the external electrodes 42 and 52 in the thickness increasing portion 26 so that the tensile strength is greater than the adhesive strength. . This tends to cause the crack to propagate along the contour of the thickened portion without penetrating the entire outer electrode.
【００１４】
したがって、厚さ増大部２６は、き裂７２が進展する傾向を低減し、き裂を全
体的に停止させてよい。Therefore, the thickness increasing portion 26 may reduce the tendency of the crack 72 to propagate and stop the crack entirely.
【００１５】
厚さ増大部２６は、ほぼ回転楕円体であると有利であるが、別の実施例におい
ては、様々な形状のうちのいずれであってもよい。その他の適切な形状は、半球
又は、マッシュルーム形及び楕円形を含んでいる。概して、著しく先鋭な部分を
有さない湾曲した輪郭が適切である。Advantageously, the thickened portion 26 is substantially spheroidal, but in alternate embodiments may have any of a variety of shapes. Other suitable shapes include hemispheres, mushroom shapes and oval shapes. In general, curved contours with no sharp edges are suitable.
【００１６】
厚さ増大部２６は、様々なプロセス、又はプロセスの組合せを使用して形成さ
れてよい。電気メッキは、厚さ増大部を形成するための適切なプロセスである。
その他の適切なプロセスは、フォトマスキング形成技術、化学析出プロセス、シ
ルクスクリーン印刷技術、及びシルクスクリーン印刷を用いたフォトマスクを含
んでいる。厚さ増大部の縁部は、形成プロセス自体において、特別なフォトマス
ク形状を使用することによって又はシルクスクリーン印刷における焼結プロセス
を介して丸み付けられていてよい。The thickened portion 26 may be formed using various processes or combinations of processes. Electroplating is a suitable process for forming thickened portions.
Other suitable processes include photomask formation techniques, chemical deposition processes, silk screen printing techniques, and photomasks using silk screen printing. The edges of the thickened portion may be rounded in the forming process itself by using a special photomask shape or via a sintering process in silk screen printing.
【００１７】
厚さ増大部２６は、導電性材料、例えば、銅、ニッケル、銀、金等を含む金属
又は銀−パラジウム、黄銅、青銅等を含む合金から形成されていると有利である
。本発明によるアクチュエータの別の実施例では、厚さ増大部２６は、接着を改
善するか又は腐食を低減するために、又は熱膨張特性を適応させるために（例え
ば、銀−パラジウム合金から形成された内部電極４２又は５２に適応させるため
に）、金属又は合金の複数の層であってよい（例えば金コーティングを使用して
）。Advantageously, the thickness-increasing portion 26 is made of a conductive material, for example, a metal containing copper, nickel, silver, gold or the like or an alloy containing silver-palladium, brass, bronze or the like. In another embodiment of an actuator according to the present invention, the thickened portion 26 is formed from a silver-palladium alloy to improve adhesion or reduce corrosion or to adapt thermal expansion properties (e.g., from a silver-palladium alloy). Multiple layers of metal or alloy (for example, using a gold coating) to accommodate the inner electrode 42 or 52.
【００１８】
図５を参照すると、前記ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６４８５４号明
細書に記載された側部電極のように、第１及び第２の外部電極４２及び５２は波
形であってよい。波形の第１及び第２の外部電極４２及び５２はそれぞれ、例え
ばろう接又は溶接を介して本発明による第１及び第２の内部電極２２及び３２の
厚さ増大部２６に直接に接続されている。波形の外部電極は、外部電極における
き裂を全体で回避してよい。き裂は、圧電箔２と内部電極２２又は３２の金属の
間の境界面７８に沿って生じる傾向がある。図５に示したようにき裂７２が、セ
ラミックス−厚さ増大部−空気ジャンクション８０において側部１４に到達する
と、き裂は、厚さ増大部の内部へではなくこの厚さ増大部の周囲に延びる傾向が
ある。さらに、波形の外部電極は圧電箔２の膨張方向“ｙ”でフレキシブルであ
るので、圧電セラミックスアクチュエータの膨張によって生ぜしめられる、接続
領域における引張り及びせん断応力を最小化する。Referring to FIG. 5, the first and second outer electrodes 42 and 52 may be corrugated, such as the side electrodes described in the aforementioned German patent application DE 196 4 854 A1. The corrugated first and second outer electrodes 42 and 52 are each directly connected to the thickened portion 26 of the first and second inner electrodes 22 and 32 according to the invention, for example via brazing or welding. There is. The corrugated outer electrode may entirely avoid cracks in the outer electrode. Cracks tend to occur along the interface 78 between the piezoelectric foil 2 and the metal of the inner electrode 22 or 32. When the crack 72 reaches the side 14 at the ceramic-thickened portion-air junction 80 as shown in FIG. 5, the crack does not go into the thickened portion but around the thickened portion. Tends to extend to. Moreover, since the corrugated outer electrodes are flexible in the expansion direction "y" of the piezoelectric foil 2, the tensile and shear stresses in the connection area caused by the expansion of the piezoelectric ceramic actuator are minimized.
【００１９】
厚さ増大部２６は、内部電極２２又は３２の有効ろう接領域を拡大することに
よって波形外部電極のこのような直接接続を単純化もする。内部電極はしばしば
極めて薄いので（例えば４μｍ）、厚さ増大層が設けられていないとこのような
直接接続が困難であり、不確実な電気的接続を生ぜしめる。厚さ増大部２６への
適切な接続のために、波形の第１及び第２の外部電極４２及び５２の突出部１つ
分の長さは、圧電箔の間の間隔の２倍に等しい、すなわち、第１の内部電極２２
の間隔及び第２の内部電極３２の間隔に等しいと有利である。The thickened portion 26 also simplifies such direct connection of the corrugated outer electrodes by enlarging the effective brazing area of the inner electrode 22 or 32. Since the internal electrodes are often very thin (e.g. 4 μm), such a direct connection is difficult without the thickness-increasing layer, resulting in uncertain electrical connections. For proper connection to the thickened portion 26, the length of one protrusion of the corrugated first and second outer electrodes 42 and 52 is equal to twice the spacing between the piezoelectric foils. That is, the first internal electrode 22
And the spacing of the second inner electrodes 32 are advantageously equal.
【００２０】
図６を参照すると、本発明によるアクチュエータの別の実施例において、第１
及び第２の外部電極４２及び５２には、ほぼ直線的な区分４４と、積層体１２か
ら突出した湾曲した区分４６とが交互に設けられている。本発明のこの実施例で
は、直線的な区分４４が、第１及び第２の内部電極２２及び３２それぞれの厚さ
増大部２６に直接に接続されている。前記の波形の電極の利点は維持される。さ
らに、直線的な区分４４により、細長い接続面４５を提供することにより、第１
及び第２の外部電極４２それぞれを厚さ増大部２６に一層容易に接続することが
できる。適切な接続が、第１及び第２の内部電極２２及び３２それぞれの間の間
隔により依存しなくなる。Referring to FIG. 6, in another embodiment of the actuator according to the present invention, a first embodiment
The second outer electrodes 42 and 52 are alternately provided with substantially linear sections 44 and curved sections 46 protruding from the stack 12. In this embodiment of the invention, the straight section 44 is directly connected to the thickened portion 26 of each of the first and second inner electrodes 22 and 32. The advantages of the corrugated electrodes described above are retained. Furthermore, the provision of an elongated connecting surface 45 by means of the straight section 44 allows the first
The second outer electrode 42 and the second outer electrode 42 can be more easily connected to the thickness increasing portion 26. Proper connection is less dependent on the spacing between the first and second inner electrodes 22 and 32, respectively.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】
電界ラインを示した従来の圧電多層アクチュエータの概略的な縦断面図である
。FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a conventional piezoelectric multilayer actuator showing electric field lines.
【図２】
電極の層間剥離及びき裂を示した図１の従来の圧電多層アクチュエータの詳細
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing details of the conventional piezoelectric multilayer actuator of FIG. 1 showing delamination and cracking of electrodes.
【図３】 本発明による圧電多層アクチュエータの一部を示す概略的な縦断面図である。[Figure 3] 1 is a schematic vertical sectional view showing a part of a piezoelectric multilayer actuator according to the present invention.
【図４】 き裂の変向を示す、図３のアクチュエータの詳細を示す図である。[Figure 4] FIG. 4 shows details of the actuator of FIG. 3, showing the deflection of the crack.
【図５】
波形の外部電極を有する本発明による圧電多層アクチュエータの一部を示す概
略的な縦断面図である。FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing a part of a piezoelectric multilayer actuator according to the present invention having corrugated external electrodes.
【図６】
外部電極が、細長い接点領域と、接点領域の間の積層体から突出した領域とを
有する、本発明による圧電多層アクチュエータの一部を示す概略的な縦断面図で
ある。FIG. 6 is a schematic longitudinal cross-section of a part of a piezoelectric multilayer actuator according to the invention, in which the external electrodes have elongated contact areas and areas protruding from the stack between the contact areas.
１０ 圧電多層アクチュエータ、 １４，１６ 側部、 ２２ 第１の内部電
極、 ２４ 接続領域、 ２６ 厚さ増大部、 ３２ 第２の内部電極、 ３４
接続領域、 ４２ 第１の外部電極、 ５２ 第２の外部電極、 ６２ 領域
、 ７０ 層間剥離、 ７２ き裂、 ７４ 不連続部、10 Piezoelectric Multilayer Actuator, 14, 16 Sides, 22 First Internal Electrode, 24 Connection Area, 26 Thickness Increasing Section, 32 Second Internal Electrode, 34
Connection region, 42 first external electrode, 52 second external electrode, 62 region, 70 delamination, 72 crack, 74 discontinuous portion,
Claims (24)
該複数の内部電極が、内部電極の第１のセットと内部電極の第２のセットとを形
成するように、前記第１の側部と第２の側部とから交互に延出しており、 積層体の第１の側に配置された第１の外部電極が設けられており、該第１の外
部電極が、第１の接続領域において内部電極の第１のセットに接続されており、 積層体の第２の側に配置された第２の外部電極が設けられており、該第２の外
部電極が、第２の接続領域において内部電極の第２のセットに接続されており、 前記複数の内部電極が、第１及び第２の接続領域において厚さ増大部を有して
おり、該厚さ増大部が、複数の内部電極の他の部分よりも厚いことを特徴とする
、圧電多層アクチュエータ。1. A piezoelectric multilayer actuator comprising a plurality of layers of piezoelectric material disposed in a laminate having first and second sides and a plurality of interiors disposed between the plurality of layers of piezoelectric material. And electrodes are provided,
The plurality of inner electrodes extend alternately from the first side and the second side so as to form a first set of inner electrodes and a second set of inner electrodes, A first outer electrode disposed on the first side of the stack is provided, the first outer electrode being connected to a first set of inner electrodes in a first connection region; A second external electrode disposed on the second side of the body is provided, the second external electrode being connected to a second set of internal electrodes in a second connection region, Of the internal electrode has a thickness increasing portion in the first and second connection regions, and the thickness increasing portion is thicker than other portions of the plurality of internal electrodes. Actuator.
る、請求項１記載の圧電多層アクチュエータ。2. The piezoelectric multi-layer actuator of claim 1, wherein the plurality of layers of piezoelectric material include piezoelectric ceramic layers.
出又はシルクスクリーンのうちの１つを用いて形成されている、請求項１記載の
圧電多層アクチュエータ。3. The piezoelectric multilayer actuator according to claim 1, wherein the thickened portion is formed by using one of electroplating, photomasking, chemical deposition, or silk screen.
少なくとも１つを含んでいる、請求項１記載の圧電多層アクチュエータ。4. The piezoelectric multilayer actuator according to claim 1, wherein the thickness increasing portion includes at least one of copper, nickel, silver, gold or an alloy.
とも１つを含んでいる、請求項４記載の圧電アクチュエータ。5. The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein the alloy contains at least one of silver-palladium, brass, or bronze.
つの合金のうちの少なくとも１つから成る多層に形成されている、請求項１記載
の圧電多層アクチュエータ。6. The thickness increasing layer comprises at least one metal and at least one metal.
The piezoelectric multi-layer actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric multi-layer actuator is formed in a multi-layer consisting of at least one of two alloys.
請求項１記載の圧電多層アクチュエータ。7. The increased thickness portion can reduce the development of stress cracks,
The piezoelectric multilayer actuator according to claim 1.
円形のうちの少なくとも１つを含む形状を有している、請求項１記載の圧電多層
アクチュエータ。8. The piezoelectric multilayer actuator according to claim 1, wherein the thickness increasing portion has a shape including at least one of a spheroid, a hemisphere, a mushroom shape, and an ellipse.
が、それぞれの第１及び第２の接続領域の間において、積層体から突出している
、請求項１記載の圧電多層アクチュエータ。9. The piezoelectric element according to claim 1, wherein at least one of the first external electrode and the second external electrode projects from the laminate between the respective first and second connection regions. Multi-layer actuator.
それぞれの第１及び第２の接続領域において、ほぼ直線的な部分を有している、
請求項９記載の圧電多層アクチュエータ。10. At least one of the first external electrode and the second external electrode,
Each of the first and second connection regions has a substantially linear portion,
The piezoelectric multilayer actuator according to claim 9.
波形である、請求項９記載の圧電多層アクチュエータ。11. At least one of the first external electrode and the second external electrode comprises:
The piezoelectric multilayer actuator according to claim 9, wherein the piezoelectric multilayer actuator is corrugated.
いる、請求項１記載の圧電多層アクチュエータ。12. The piezoelectric multilayer actuator according to claim 1, wherein the actuator is provided in a diesel injection device.
提供し、 該圧電材料の複数の層の間に配置された複数の内部電極を提供し、該複数の内
部電極が、内部電極の第１のセットと内部電極の第２のセットとをそれぞれ形成
するように、第１の側部と第２の側部とから延出しており、 前記積層体の第１の側に配置された第１の外部電極を提供し、該第１の外部電
極が、第１の接続領域において内部電極の第１のセットに接続されており、 前記積層体の第２の側部に配置された第２の外部電極を提供し、該第２の外部
電極が、第２の接続領域において内部電極の第２のセットに接続されており、 厚さ増大部を形成するために第１及び第２の接続領域において前記複数の内部
電極を厚くし、前記前記厚さ増大部が、複数の内部電極の他の部分よりも厚いこ
とを特徴とする、圧電多層アクチュエータを製造する方法。13. A method of manufacturing a piezoelectric multi-layer actuator, comprising providing a plurality of layers of piezoelectric material disposed in a laminate having a first side and a second side, the piezoelectric material comprising a plurality of layers of piezoelectric material. Providing a plurality of internal electrodes disposed between the layers, the plurality of internal electrodes forming a first set of internal electrodes and a second set of internal electrodes respectively. And a second side portion to provide a first outer electrode disposed on the first side of the stack, the first outer electrode being an inner electrode in the first connection region. A second outer electrode disposed on a second side of the stack, the second outer electrode being connected to a first set of inner electrodes of the inner electrode in the second connection region. Connected to the second set, and in the first and second connection regions to form a thickness increase How have thickened plurality of internal electrodes, wherein the thickness increasing portion, characterized in that thicker than other portions of the plurality of internal electrodes, producing a piezoelectric multilayer actuator.
いる、請求項１３記載の方法。14. The method of claim 13, wherein the plurality of layers of piezoelectric material comprises piezoelectric ceramic layers.
グ、化学析出又はシルクスクリーンのうちの少なくとも１つを用いて行われる、
請求項１３記載の方法。15. Thickening the inner electrode is performed using at least one of electroplating, photomasking, chemical deposition or silk screen.
The method of claim 13.
の少なくとも１つを含んでいる、請求項１３記載の方法。16. The method of claim 13, wherein the thickened portion comprises at least one of copper, nickel, silver, gold or an alloy.
くとも１つを含んでいる、請求項１６記載の方法。17. The method of claim 16, wherein the alloy comprises at least one of silver-palladium, brass or bronze.
１つの合金のうちの少なくとも１つから成る多層に形成されている、請求項１３
記載の方法。18. The thickened portion is formed in a multilayer comprising at least one of at least one metal and at least one alloy.
The method described.
めに第１の接続領域と第２の接続領域とにおいて行われる、請求項１３記載の方
法。19. The method according to claim 13, wherein the thickening of the inner electrode is performed in the first connection region and the second connection region to reduce the development of stress cracking.
又は楕円形のうちの少なくとも１つを含む形状を有する、請求項１３記載の方法
。20. The method of claim 13, wherein the thickened portion has a shape that includes at least one of a spheroid, a hemisphere, a mushroom, or an ellipse.
も一方が、第１の接続領域及び第２の接続領域それぞれの間において積層体から
突出している、請求項１３記載の方法。21. The at least one of the first external electrode or the second external electrode projects from the laminate between each of the first connection region and the second connection region. the method of.
が、第１の接続領域と第２の接続領域とのそれぞれにおいてほぼ直線的な部分を
有している、請求項２１記載の方法。22. At least one of the first external electrode or the second external electrode has a substantially linear portion in each of the first connection region and the second connection region. 21. The method described in 21.
も一方が、波形である、請求項２１記載の方法。23. The method of claim 21, wherein at least one of the first outer electrode or the second outer electrode is corrugated.
請求項１３記載の方法。24. The actuator is included in a diesel injection device,
The method of claim 13.
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