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    • 专利摘要:
    Die Patentanmeldung befasst sich mit einem piezoelektrischen Schichtelement (1), mit: einer Schichtkörpereinheit (100), in der eine Vielzahl von Elementeinheiten (2) übereinander geschichtet ist, in denen abwechselnd piezoelektrische Schichten (21, 22) und Innenelektrodenschichten (23, 24) übereinander geschichtet sind, und einem Paar auf den Seiten (101, 102) der Schichtkörpereinheit (100) befindlicher Seitenelektroden (151, 152), die jede zweite Innenelektrodenschicht (23, 24) elektrisch miteinander verbinden. DOLLAR A Zwischen der Seitenelektrode (151) und der zwischen den Elementeinheiten (2) ausgebildeten Aufschichtungsgrenze (200) ist ein Hohlraumabschnitt (10) vorhanden, der aus einer Nut besteht, die sich zur Seitenelektrode (151) hin öffnet. Es ist vorzuziehen, dass die maximale Öffnungsbreite des Hohlraumabschnitts (10) in der Aufschichtungsrichtung 8 bis 20% der Dicke jeder Elementeinheit (2) in der Aufschichtungsrichtung beträgt.
    公开号:DE102004012284A1
    申请号:DE200410012284
    申请日:2004-03-12
    公开日:2004-12-09
    发明作者:Hidekazu Kariya Hattori
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:F02M51-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Schichtelement,das sich aus einer Schichtkörpereinheitzusammensetzt, in der eine Vielzahl von Elementeinheiten übereinandergeschichtet ist.
    [0002] Durchein herkömmlichespiezoelektrisches Schichtelement, das sich aus einer Schichtkörpereinheitzusammensetzt, in der eine Vielzahl von Elementeinheiten übereinandergeschichtet ist, kann die Höhein Aufschichtungsrichtung verringert werden, so dass Spannungenabgebaut werden und sich die Zuverlässigkeit erhöht. DieElementeinheiten sind jeweils so aufgebaut, dass abwechselnd piezoelektrischeSchichten und Innenelektrodenschichten übereinander geschichtet sindund dass an der Seite der Elementeinheiten Seitenelektroden ausgebildetsind, die jede zweite Innenelektrodenschicht elektrisch miteinanderverbinden.
    [0003] Wennin diesem piezoelektrischen Schichtelement die Seitenelektrodenmit elektrischer Energie versorgt werden und auf jede piezoelektrische Schichteine elektrische Potenzialdifferenz gegeben wird, wird das piezoelektrischeElement erregt, so dass sich die piezoelektrischen Schichten ausdehnen.
    [0004] Wenndie Elektroden jedoch in Bereichen, die von den Außenumfangsabschnittender piezoelektrischen Schichten beabstandet sind, kontaktfreie Flächen enthalten,in denen die Innenelektrodenschichten nicht teilausgebildet sind,kommt es bei der Energiezuführungzu einer Längendifferenzzwischen dem mittleren Abschnitt und dem Außenumfangsabschnitt des piezoelektrischenSchichtelements. Wie in 18 gezeigtist, bildet sich daher zwischen der Aufschichtungsgrenze 200 derElementeinheiten 2 und der Seitenelektrode 91 eine Öffnung undentsteht in diesem Abschnitt eine nicht unbeträchtliche Spannung, weswegendie Seitenelektrode 91 brechen kann.
    [0005] Wiein 16 gezeigt ist, beträgt der AbstandY1 zwischen den Elementeinheiten 2 null, bevor eine Spannungangelegt wird. Wenn das piezoelektrische Schichtelement mit elektrischerEnergie versorgt wird, öffnetsich dann, wie in 17 gezeigt ist,die Aufschichtungsgrenze 200 der Schichtkörpereinheitvon der Stelle aus, an der die Aufschichtungsgrenze 200 derSeitenelektrode 91 gegenüber liegt, und bildet sichein Öffnungsabschnitt 92 mithalbkreisförmigemQuerschnitt.
    [0006] DerAbstand zwischen den Elementeinheiten 2 ist in diesen Öffnungsabschnitt 92 mitY2 bezeichnet. Die in diesem Zustand in der Seitenelektrode 91 erzeugteDehnung ε beträgt dann(Y2 – Y1)/Y1.Da Y1 null ist, wird die Dehnung ε unendlich.Es ist daher davon auszugehen, dass an der Seitenelektrode 91 einesehr hohe Kraft anliegt. Daher kann die Seitenelektrode 91,wie in 18 gezeigt ist,leicht durch die Dehnung ε reißen.
    [0007] Esist bereits bekannt, die Dehnung ε abzubauenund zu absorbieren, indem die Seitenelektrode 91 aus verschiedenenflexiblen Materialien hergestellt wird. Dennoch lässt sichein Bruch der Seitenelektrode 91 nach wie vor nur schwerverhindern.
    [0008] Angesichtsdessen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein piezoelektrischesSchichtelement zur Verfügungzu stellen, das sich aus übereinandergeschichteten Elementeinheiten zusammensetzt und sich dadurch auszeichnet,dass die Seitenelektrode selten bricht und die Haltbarkeit hochist.
    [0009] Eineerste Ausgestaltung der Erfindung sieht ein piezoelektrisches Schichtelementvor, mit: einer Schichtkörpereinheit,in der eine Vielzahl von Elementeinheiten übereinander geschichtet ist,wobei in jeder Elementeinheit abwechselnd piezoelektrische Schichtenund Innenelektrodenschichten übereinandergeschichtet sind, auf denen kontaktfreie Flächen vorhanden sind, in denendie Innenelektrodenschichten in Bereichen, die von den Außenumfangsabschnittender piezoelektrischen Schichten beabstandet sind, nicht teilausgebildetsind; und einem Paar an den Seiten der Schichtkörpereinheit befindlicher Seitenelektroden,die jede zweite Innenelektrodenschicht elektrisch miteinander verbinden,wobei zwischen der Seitenelektrode und der zwischen den Elementeinheitenausgebildeten Aufschichtungsgrenze ein Hohlraumabschnitt vorhandenist, der aus einer Nut besteht, die sich zur Seitenelektrode hin öffnet.
    [0010] Eswird nun die Funktionsweise der ersten Ausgestaltung der Erfindungerläutert.
    [0011] Wiein 5 gezeigt ist, beträgt die maximale Öffnungsbreitedes Öffnungsabschnittsin der Aufschichtungsrichtung, in der der Hohlraumabschnitt 10 derSeitenelektrode 151 gegenüber liegt, vor der SpannungsanlegungY1.
    [0012] Wenndie piezoelektrische Schicht überdie Seitenelektrode 151 des piezoelektrischen Schichtelementsmit elektrischer Energie versorgt wird, dehnt sich die Elementeinheit 2 inder Aufschichtungsrichtung aus. Wie in 6 gezeigt ist, vergrößert sich daher die maximale Öffnungsbreite.Die maximale Öffnungsbreitedes Hohlraumabschnitts 10 beträgt zu diesem Zeitpunkt Y2.
    [0013] Diein diesem Zustand in der Seitenelektrode 151 erzeugte Dehnung ε beträgt (Y2 – Y1)/Y1.Da Y1 nicht null ist, ist die Dehnung ε ein endlicher Wert. Daher kanndie an der Seitenelektrode 151 anliegende Spannung gegenüber derauf der Seitenelektrode 151 des herkömmlichen Aufbaus anliegendenSpannung deutlich gesenkt werden. Dementsprechend schwer brichtdie Seitenelektrode.
    [0014] Einezweite Ausgestaltung der Erfindung sieht ein piezoelektrisches Schichtelementvor, mit: einer Schichtkörpereinheit,in der eine Vielzahl von Elementeinheiten übereinander geschichtet ist,wobei in jeder Elementeinheit abwechselnd piezoelektrische Schichtenund Innenelektrodenschichten übereinandergeschichtet sind, auf denen kontaktfreie Flächen vorhanden sind, in denendie Innenelektrodenschichten in Bereichen, die von den Außenumfangsabschnittender piezoelektrischen Schicht beabstandet sind, nicht teilausgebildetsind; an den beiden Endabschnitten der Schichtkörpereinheit befindlichen Blindelementeinheitenohne piezoelektrische Eigenschaften; und einem Paar an den Seiten derSchichtkörpereinheitbefindlicher Seitenelektroden, die jede zweite Innenelektrode elektrischmiteinander verbinden, wobei zwischen einer ersten, zwischen denElementeinheiten ausgebildeten Aufschichtungsgrenze und der Seitenelektrodesowie zwischen einer zweiten, zwischen der Schichtkörpereinheitund der Blindelementeinheit ausgebildeten Aufschichtungsgrenze undder Seitenelektrode ein Hohlraumabschnitt vorhanden ist, der auseiner Nut besteht, die sich zur Seitenelektrode hin öffnet.
    [0015] DerHohlraumabschnitt ist also in sowohl der ersten Aufschichtungsgrenze,die zwischen den Elementeinheiten ausgebildet ist, als auch derzweiten Aufschichtungsgrenze vorhanden, die zwischen dem Blindelement,das keine piezoelektrischen Eigenschaften hat und sich bei Stromflussnicht ausdehnt, da auf das Blindelement kein elektrisches Potenzial gegebenwird, und der Schichtkörpereinheitausgebildet ist, die sich bei Stromfluss ausdehnt. Aufgrund dessenwird die in der Seitenelektrode entstehende Spannung verringert.Dadurch kann ein Bruch der Seitenelektrode verhindert werden.
    [0016] DieWirkung, die in der zweiten Aufschichtungsgrenze den Bruch der Seitenelektrodeverhindert, ist die gleiche wie bei der ersten Ausgestaltung derErfindung.
    [0017] Gemäß der erstenund zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann also ein piezoelektrisches Schichtelementzur Verfügunggestellt werden, bei dem sich die übereinander geschichteten Elementeinheitendadurch auszeichnen, dass die Seitenelektrode selten bricht unddass die Haltbarkeit hoch ist.
    [0018] Diepiezoelektrische Schicht der Elementeinheiten besteht bei der erstenund zweiten Ausgestaltung der Erfindung üblicherweise aus PZT (Blei-Zirkonat-Titanat)und die Innenelektrodenschicht üblicherweiseaus einer aus verschiedenen Edelmetallen bestehenden Elektrode.In einigen Fällenwerden aber auch andere Materialien verwendet.
    [0019] DieElementeinheiten könnendurch ein isolierendes Klebemittel miteinander verbunden werden.Wahlweise ist es aber auch möglich,die Elementeinheiten zu einem Körperzu vereinen, indem die Elementeinheiten miteinander in direktenKontakt gebracht und übereinandergeschichtet werden und dann durch eine Befestigung wie ein Isolierrohr,das den Außenumfangsabschnittder Elementeinheiten hält,relativ zueinander fixiert und miteinander vereint werden.
    [0020] Inder Aufschichtungsgrenze zwischen den Elementeinheiten liegen dieFlächender übereinandergeschichteten Elementeinheiten nebeneinander. Der Hohlraumabschnittist dabei zwischen der Aufschichtungsgrenze und der Seitenelektrodeausgebildet. Aufgrund dieses Hohlraumabschnitts berühren sichdie Aufschichtungsgrenze und die Seitenelektrode im Prinzip nicht.
    [0021] DieUmständesind bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung in der ersten undzweiten Aufschichtungsgrenze die gleichen. Durch den Hohlraumabschnittberührtdie erste und zweite Aufschichtungsgrenze die Seitenelektrode imPrinzip nicht.
    [0022] Wenndie Schichtkörpereinheitund die Seitenelektroden wie späterbeschrieben durch einen leitenden Klebstoff verbunden werden, werdendie Aufschichtungsgrenze und die Seitenelektrode nur indirekt miteinander über denleitenden Klebstoff verbunden.
    [0023] Dabeiist es vorzuziehen, dass die maximale Öffnungsbreite des Hohlraumabschnittsin der Aufschichtungsrichtung 8 bis 20% der Dicke der Elementeinheitin der Aufschichtungsrichtung beträgt.
    [0024] Diemaximale Öffnungsbreitedes Hohlraumabschnitts in der Aufschichtungsrichtung entsprichtder maximalen Größe des Abschnitts,in dem der Hohlraumabschnitt und die Seitenelektrode einander zugewandtsind. Ein Beispiel fürdie maximale Öffnungsbreitedes Hohlraumabschnitts in der Aufschichtungsrichtung ist in 6 gezeigt, die später beschriebenwird.
    [0025] Wennder Aufbau des Hohlraumabschnitts dem oben angegebenen Bereich entspricht,ist die Wirkung der ersten Ausgestaltung der Erfindung noch deutlichererkennbar. Die Seitenelektrode bricht daher noch schwerer.
    [0026] Wenndie maximale Öffnungsbreiteweniger als 8% der Dicke der Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtungbeträgt,nimmt zwar das Bruchrisiko der Seitenelektrode ab, doch bestehtdie Möglichkeit,dass die Haltbarkeit, wie in Ausführungsbeispiel 2 beschriebenwird, bei längererNutzung des piezoelektrische Schichtelements nicht ausreichend hochist.
    [0027] Wenndie maximale Öffnungsbreitemehr als 20% der Dicke der Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtungbeträgt,beispielsweise wenn der Hohlraumabschnitt aus einem abgefasten Abschnittbesteht, erreicht der Ausgangspunkt des abgefasten Abschnitts dieInnenelektrodenschicht. Damit der abgefaste Abschnitt die Innenelektrodenschichtnicht erreicht, muss an beiden in der Aufschichtungsrichtung liegendenEndabschnitten der Elementeinheit die Dicke der piezoelektrischenSchicht erhöhtwerden. Wenn jedoch dieser Aufbau gewählt wird, um die gleichen Ausdehnungseigenschaftenzu erreichen, muss auch die Größe des piezoelektrischen Schichtelementserhöhtwerden. Es ist daher schwierig, ein kompaktes piezoelektrischesSchichtelement zu erzielen.
    [0028] Darüber hinausist es vorzuziehen, dass die Seitenelektrode und die Schichtkörpereinheit,wie in 11 gezeigt ist,miteinander durch einen leitenden Klebstoff verbunden sind.
    [0029] Indiesem Fall lässtsich die Verbindungsfestigkeit der Seitenelektrode mit der Schichtkörpereinheitsteigern.
    [0030] Darüber hinausist es vorzuziehen, dass der leitende Klebstoff in den Hohlraumabschnitthineinragt und dass die in den Hohlraumabschnitt hineinragendenAbschnitte des leitenden Klebstoffs, wie in 12 gezeigt ist, nicht miteinander inder Aufschichtungsrichtung verbunden sind.
    [0031] Wenndie hineinragenden Abschnitte des leitenden Klebstoffs miteinanderin der Aufschichtungsrichtung verbunden wären, wären die Seitenelektrode unddie Schichtkörpereinheitmiteinander verbunden. In diesem Fall bestünde das Risiko, dass die durchdie Trennung der Seitenelektrode von der Schichtkörpereinheiterzielte Wirkung verloren ginge, die Spannung zu verringern. Außerdem bestünde die Möglichkeit,dass durch diesen leitenden Klebstoff die Dehnung der piezoelektrischenSchicht auf die Seitenelektrode übertragenwürde,so dass die Möglichkeitbestünde,dass die Seitenelektrode bricht.
    [0032] Darüber hinausist es vorzuziehen, dass der Hohlraumabschnitt aus einem abgefastenAbschnitt besteht, der sich dadurch ergibt, dass eine der Ecken dermiteinander benachbarten piezoelektrischen Schichten in der Aufschichtungsrichtungabgefast wird.
    [0033] Dasich die Ecke leicht abfasen lässt,lässt sicheinfach ein vorbestimmter Hohlraumabschnitt bilden.
    [0034] Esist vorzuziehen, dass die maximale Öffnungsbreite des Hohlraumabschnittsin der Aufschichtungsrichtung 8 bis 20% der durchschnittlichen Dickeder die Schichtkörpereinheitbildenden Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtung beträgt.
    [0035] Wennder Aufbau des Hohlraumabschnitts dem oben angegebenen Bereich entspricht,ist die Wirkung der ersten Ausgestaltung der Erfindung noch deutlichererkennbar. Daher bricht die Seitenelektrode schwerer.
    [0036] Wenndie maximale Öffnungsbreiteweniger als 8% der Dicke der Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtungbeträgt,nimmt zwar das Bruchrisiko der Seitenelektrode ab, doch bestehtdie Möglichkeit,dass die Haltbarkeit, wie in Ausführungsbeispiel 2 beschriebenwird, bei längererNutzung des piezoelektrischen Schichtelements nicht ausreichend hochist.
    [0037] Wenndie maximale Öffnungsbreitemehr als 20% der Dicke der Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtungbeträgt,wenn der Hohlraumabschnitt beispielsweise aus einem abgefasten Abschnittbesteht, erreicht der Ausgangspunkt des abgefasten Abschnitts dieInnenelektrodenschicht. Damit der abgefaste Abschnitt die Innenelektrodenschichtnicht erreicht, muss an beiden in der Aufschichtungsrichtung liegendenEndabschnitten der Elementeinheit die Dicke der piezoelektrischenSchicht erhöhtwerden. Wenn jedoch dieser Aufbau gewählt wird, um die gleichen Ausdehnungseigenschaftenzu erreichen, muss auch die Größe des piezoelektrischen Schichtelementserhöhtwerden. Es ist daher schwierig, ein kompaktes piezoelektrischesSchichtelement zu erzielen.
    [0038] Darüber hinausist es vorzuziehen, dass der Hohlraumabschnitt aus abgefasten Abschnittenbesteht, die sich ergeben, wenn beide Ecken der miteinander benachbartenpiezoelektrischen Schichten in der Aufschichtungsrichtung abgefastwerden.
    [0039] Dasich die Ecken leicht abfasen lassen, lässt sich einfach ein vorbestimmterHohlraumabschnitt bilden.
    [0040] Esist vorzuziehen, dass die maximale Öffnungsbreite des Hohlraumabschnittsin der Aufschichtungsrichtung 4 bis 10% der durchschnittlichen Dickeder Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtung entspricht.
    [0041] Wennder Aufbau des Hohlraumabschnitts diesem Bereich entspricht, istdie Wirkung der ersten Ausgestaltung der Erfindung noch deutlichererkennbar. Daher bricht die Seitenelektrode schwerer.
    [0042] Wenndie maximale Öffnungsbreiteweniger als 4% der Dicke der Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtungbeträgt,nimmt zwar das Bruchrisiko der Seitenelektrode ab, doch bestehtdie Möglichkeit,dass die Haltbarkeit, wie in Ausführungsbeispiel 2 beschriebenwird, bei längererNutzung des piezoelektrischen Schichtelements nicht ausreichend hochist.
    [0043] Wenndie maximale Öffnungsbreitemehr als 10% der Dicke der Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtungbeträgt,beispielsweise wenn der Hohlraumabschnitt aus einem abgefasten Abschnittbesteht, erreicht der Ausgangspunkt des abgefasten Abschnitts dieInnenelektrodenschicht. Damit der abgefaste Abschnitt die Innenelektrodenschichtnicht erreicht, muss an beiden in der Aufschichtungsrichtung liegendenEndabschnitten der Elementeinheit die Dicke der piezoelektrischenSchicht erhöhtwerden. Wenn jedoch dieser Aufbau gewählt wird, um die gleichen Ausdehnungseigenschaftenzu erreichen, muss auch die Größe des piezoelektrischen Schichtelementserhöhtwerden. Es ist daher schwierig, ein kompaktes piezoelektrischesSchichtelement zu erzielen.
    [0044] Diegenaue Form des angesprochenen abgefasten Abschnitts wird in demspäterbeschriebenen Ausführungsbeispiel6 erläutert.Der abgefaste Abschnitt kann in die Form einer Ebene oder in eine Formmit gekrümmterOberflächegebracht werden.
    [0045] Dasbeschriebene piezoelektrische Schichtelement kann als ein piezoelektrischesStellglied verwendet werden.
    [0046] Sokann das piezoelektrische Stellglied beispielsweise in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtungeines Kraftfahrzeugmotors eingebaut werden. Die Einzelheiten diesesStellglieds werden späterin Ausführungsbeispiel7 beschrieben.
    [0047] Dadas piezoelektrische Stellglied unter harten Umgebungsbedingungengenutzt wird, ist das erfindungsgemäße piezoelektrische Schichtelement, dessenSeitenelektrode wegen der Wirkung des Hohlraumabschnitts seltenbricht, besonders günstig, daes eine höhereHaltbarkeit hat.
    [0048] Esist vorzuziehen, dass die maximale Öffnungsbreite des Hohlraumabschnittsin der Aufschichtungsrichtung nicht weniger als 20 μm beträgt.
    [0049] DieEinzelheiten werden zwar späterin Ausführungsbeispiel3 beschrieben, doch hängtdie Bruchwahrscheinlichkeit der Seitenelektrode stark von der Ermüdungsfestigkeitder Seitenelektrode ab. Wenn die Ermüdungsfestigkeit gesteigertwird und der Hohlraumabschnitt eine Öffnungsabschnittsbreite vonnicht weniger als 20 μmhat, ergeben sich die gleichen Wirkungen wie bei der ersten undzweiten Ausgestaltung der Erfindung, so dass die Seitenelektrodeselten bricht.
    [0050] Wasdie maximale Öffnungsbreitebetrifft, kann, wenn der Hohlraumabschnitt beispielsweise aus einemabgefasten Abschnitt besteht, der Ausgangspunkt des abgefasten Abschnittsdie Innenelektrodenschicht erreichen. Damit verhindert wird, dassder abgefaste Abschnitt die Innenelektrodenschicht erreicht, mussdie Dicke der piezoelektrischen Schicht an beiden Endabschnittender Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtung erhöht werden.Damit der abgefaste Abschnitt die Innenelektrodenschicht nicht erreicht,muss an beiden in der Aufschichtungsrichtung liegenden Endabschnitten derElementeinheit die Dicke der piezoelektrischen Schicht erhöht werden.Wenn jedoch dieser Aufbau gewähltwird, um die gleichen Ausdehnungseigenschaften zu erreichen, mussauch die Größe des piezoelektrischenSchichtelements erhöhtwerden. Es ist daher schwierig, ein kompaktes piezoelektrisches Schichtelementzu erzielen. Aus diesen Gründenist es vorzuziehen, dass die maximale Öffnungsbreite weniger als 200 μm beträgt.
    [0051] DieErfindung wird nun genauer anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben,wobei auf die beigefügtenZeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
    [0052] 1 schematisch ein piezoelektrisches Schichtelementgemäß Ausführungsbeispiel1;
    [0053] 2 schematisch eine Schichtkörpereinheitund die maximale Öffnungsbreiteeines Hohlraumabschnitts in der Aufschichtungsrichtung in Ausführungsbeispiel1;
    [0054] 3A und 3B schematisch eine piezoelektrischeSchicht der Schichtkörpereinheitin Ausführungsbeispiel1;
    [0055] 4 in Perspektiveinheit dieSchichtkörpereinheitund einen in einem Eckabschnitt befindlichen abgefasten Abschnittin Ausführungsbeispiel1;
    [0056] 5 schematisch den Hohlraumabschnitt unddie maximale Öffnungsbreitein Ausführungsbeispiel1;
    [0057] 6 schematisch die maximale Öffnungsbreitebei ausgedehnter piezoelektrischer Schicht in Ausführungsbeispiel1;
    [0058] 7 grafisch den Zusammenhangzwischen dem Dehnungsquotienten und der Anzahl an Wiederholungenvor dem Bruch in Ausführungsbeispiel2;
    [0059] 8A die maximale Öffnungsbreitein Ausführungsbeispiel2;
    [0060] 8B grafisch den Zusammenhangzwischen der maximalen Öffnungsbreiteeines Hohlraumabschnitts und dem Dehnungsquotienten;
    [0061] 9 grafisch den Zusammenhangzwischen dem Dehnungsquotienten und der Anzahl an Wiederholungenvor dem Bruch in Ausführungsbeispiel3;
    [0062] 10 schematisch ein piezoelektrisches Schichtelementmit einer Schichtkörpereinheitund einer Blindeinheit gemäß Ausführungsbeispiel4;
    [0063] 11 schematisch ein piezoelektrisches Schichtelementin Ausführungsbeispiel5, bei dem die Schichtkörpereinheitund die Seitenelektrode durch einen leitenden Klebstoff verbundensind;
    [0064] 12 schematisch ein piezoelektrisches Schichtelementin Ausführungsbeispiel5, bei dem die Schichtkörpereinheitund die Seitenelektrode durch einen leitenden Klebstoff verbundensind und der leitende Klebstoff in den Hohlraumabschnitt ragt;
    [0065] 13 schematisch ein piezoelektrisches Schichtelementin Ausführungsbeispiel5, bei dem die Schichtkörpereinheitund die Seitenelektrode durch einen leitenden Klebstoff verbundensind und der leitende Klebstoff den Hohlraumabschnitt ausfüllt;
    [0066] 14A bis 14H schematisch Ausführungsbeispiel 6, bei dem einHohlraumabschnitt aus abgefasten Abschnitten verschiedener Formbesteht;
    [0067] 15 schematisch ein piezoelektrisches Stellgliedgemäß Ausführungsbeispiel7;
    [0068] 16 schematisch den Bereicheiner herkömmlichenSeitenelektrode und Aufschichtungsgrenze;
    [0069] 17 schematisch einen Zustand,in dem sich der Bereich der Aufschichtungsgrenze gleichzeitig mitder sich ausdehnenden piezoelektrischen Schicht öffnet; und
    [0070] 18 schematisch einen Zustand,in dem sich der Bereich der Aufschichtungsgrenze öffnet undgleichzeitig mit der sich ausdehnenden piezoelektrischen Schichtdie Seitenelektrode bricht.
    [0071] ImFolgenden wird das piezoelektrische Schichtelement gemäß dem erstenAusführungsbeispielbeschrieben.
    [0072] Wiein den 1 bis 4 gezeigt ist, enthält das piezoelektrischeSchichtelement 1 dieses Ausführungsbeispiels eine Schichtkörpereinheit 100,in der eine Vielzahl von Elementeinheiten 2 übereinander geschichtetist, in denen abwechselnd piezoelektrische Schichten 21, 22 undInnenelektrodenschichten 23, 24 übereinandergeschichtet sind, und ein Paar an den Seiten 101, 102 derSchichtkörpereinheit 100 befindlicherSeitenelektroden 151, 152, die jede zweite Innenelektrodenschicht 23, 24 elektrischmiteinander verbinden.
    [0073] Zwischender Seitenelektrode 151, 152 und der zwischenden Elementeinheiten 2 ausgebildeten Aufschichtungsgrenze 200 befindetsich ein Hohlraumabschnitt 10, der aus einer Nut besteht,die sich zur Seitenelektrode 151, 152 hin öffnet.
    [0074] DieserAufbau wird nun genauer beschrieben.
    [0075] Wiein den 1 bis 4 gezeigt ist, setzt sich daspiezoelektrische Schichtelement 1 dieses Ausführungsbeispielsaus der Schichtkörpereinheit 100 zusammen,in der die Elementeinheiten 2 übereinander geschichtet sind.Um die Beschreibung zu vereinfachen, sind in diesem Ausführungsbeispieldrei Elementeinheiten 2 übereinander geschichtet. Allerdingssind auch piezoelektrische Schichtelemente üblich, in denen beispielsweise5 bis 30 einzelne Elementeinheiten übereinander geschichtet sind.Der in diesem Ausführungsbeispielbeschriebene Hohlraumabschnitt lässtsich auch wirksam bei einem solchen mehrlagigen piezoelektrischenElement verwenden.
    [0076] DieEckabschnitte der Elementeinheiten 2, die der Seitenelektrode 151, 152 inder Aufschichtungsgrenze 200 gegenüber liegen, sind, wie in 4 gezeigt ist, abgefastund in die Form einer schrägenEbene gebracht. Dadurch ergeben sich die abgefasten Abschnitte 251, 252, 261, 262.Da sich die abgefasten Abschnitte 251, 252, 261, 262 aufder Ober- und Unterseite der Aufschichtungsgrenze 200 befinden,sind in der Aufschichtungsgrenze 200 Nutabschnitte ausgebildet,die sich zur Seitenelektrode 151, 152 hin öffnen. DieseNutabschnitte ergeben die Hohlraumabschnitte 10.
    [0077] DerQuerschnitt der Elementeinheit 2 dieses Ausführungsbeispielsist senkrecht zur Aufschichtungsrichtung der piezoelektrischen Schichten 21, 22 imGroßenund Ganzen viereckig. Die die Hohlraumabschnitte 10 diesesAusführungsbeispielsbildenden abgefasten Abschnitte 251, 252, 261, 262 verlaufenentlang der beiden gesamten, einander gegenüber liegenden Seiten des viereckigenQuerschnitts. Wenn der Hohlraumabschnitt 10 jedoch aus einemabgefasten Abschnitt gebildet wird, der nur so breit wie die Seitenelektroden 151, 152 ist,lässt sich dieWirkung dieses Ausführungsbeispielsdennoch erreichen.
    [0078] DieWirkung dieses Ausführungsbeispiels lässt sichim Übrigennicht nur dann erreichen, wenn die abgefasten Abschnitte einanderwie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigtgegenüberliegen, sondern auch dann, wenn sich die abgefasten Abschnitte nichtgegenüberliegen. Die Wirkung dieses Ausführungsbeispielslässt sichauch dann erreichen, wenn sich der abgefaste Abschnitt zumindestauf einer Flächebefindet, mit der die Seitenelektrode verbunden ist. Natürlich lässt sichdie Wirkung dieses Ausführungsbeispielsauch dann erreichen, wenn der abgefaste Abschnitt entlang des gesamtenUmfangsabschnitts verläuft.
    [0079] Wiein den 1 und 2 gezeigt ist, ist die Elementeinheit 2 soaufgebaut, dass die piezoelektrischen Schichten 21, 22 unddie Innenelektrodenschichten 23, 24 abwechselnd übereinandergeschichtet sind und dass sich an beiden Endabschnitten in der Vertikalrichtungpiezoelektrische Blindschichten 25, 26 befinden,die sich auch bei Stromfluss nicht ausdehnen. Wie sich aus der Zeichnung ergibt,berührtnur eine der beiden oberen und unteren Endabschnitte der piezoelektrischenBlindschichten 25, 26 die Innenelektrodenschichten 23, 24.Daher verformen sich die piezoelektrischen Blindschichten 25, 26 auchdann nicht, wenn sie mit elektrischer Energie versorgt werden.
    [0080] Wiein den 3A und 3B gezeigt ist, hat die Elementeinheit 2 diesesAusführungsbeispielseinen Teilelektrodenaufbau. Die Innenelektrodenschichten 23, 24 sinddabei so ausgebildet, dass auf den piezoelektrischen Schichten 21, 22 diekontaktfreien Flächen 210, 220 zurückbleiben.Die Endfläche 230 der Innenelektrodenschicht 23 unddie Endfläche 240 der Innenelektrodenschicht 24 liegenjeweils zu den Seiten 101, 102 der Schichtkörpereinheit 100 hinfrei und kommen mit entweder der Seitenelektrode 151 oder derSeitenelektrode 152 in Kontakt und sind dadurch mit ihrelektrisch verbunden.
    [0081] Wiein den 2 und 5 gezeigt ist, beträgt die maximale ÖffnungsbreiteY1 des Hohlraumabschnitts 10 dieses Ausführungsbeispielsin der Aufschichtungsrichtung 0,3 mm und die Dicke der Elementeinheit 2 2mm. Die maximale Öffnungsbreite beträgt 15% derDicke der Elementeinheit 2. Die maximale Öffnungsbreitefällt ineinen Bereich von 8 bis 20% der Dicke der Elementeinheit 2.
    [0082] Eswird nun die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.
    [0083] Wiein 5 gezeigt ist, entsprichtdie maximale Öffnungsbreitedes Hohlraumabschnitts 10 vor dem Spannungsanlegen Y1.Wenn das piezoelektrische Schichtelement 1 über dieSeitenelektroden 151, 152 mit elektrischer Energieversorgt wird, nimmt die Öffnungsbreitewie in 6 gezeigt zu.Die Öffnungsbreitedes Hohlraumabschnitts 10 entspricht zu diesem ZeitpunktY2. Die in diesem Zustand in den Seitenelektroden 151, 152 entstandene Dehnung ε beträgt dann(Y2 – Y1)/Y1.Da Y1 in diesem Fall nicht null ist, ist ε ein endlicher Wert. Daher istdie auf die Seitenelektroden 151, 152 aufgebrachteDehnung verglichen mit dem herkömmlichenAufbau deutlich geringer und brechen die Seitenelektroden selten.
    [0084] Gemäß diesemAusführungsbeispielist es also möglich,ein piezoelektrisches Schichtelement mit übereinander geschichteten Elementeinheiten zurVerfügungzu stellen, das sich dadurch auszeichnet, dass die Seitenelektrodenselten brechen und die Haltbarkeit hoch ist.
    [0085] Indiesem Ausführungsbeispielist die Form sämtlicherHohlraumabschnitte 10 dieselbe, doch muss dies nicht unbedingtder Fall sein. So kann die maximale Öffnungsbreite für jede Aufschichtungsgrenzeverschieden sein. Allerdings ist es vorzuziehen, dass in dem injeder Aufschichtungsgrenze vorhandenen Hohlraumabschnitt die Bedingungbezüglichder Dicke jeder Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtung erfüllt ist.
    [0086] Eswird nun erläutert,wie überdie maximale Öffnungsbreitedes Hohlraumabschnitts in der Aufschichtungsgrenze zu entscheidenist.
    [0087] Obdie Seitenelektrode bricht, wird stark durch die Dehnung der piezoelektrischenSchicht und die Ermüdungsfestigkeitder Seitenelektrode beeinflusst.
    [0088] Wennauf die Schichtkörpereinheiteine Potenzialdifferenz gegeben wird, beträgt die maximale Dehnung derpiezoelektrischen Schicht in diesem Zusammenhang üblicherweise0,1% der Gesamtdicke der Schichtkörpereinheit. Die Erfinder fanden heraus,dass die Dehnung auf der Seite der Schichtkörpereinheit, mit der die Seitenelektrodeverbunden ist, etwa 70% der maximalen Dehnung der Schichtkörpereinheitbeträgt.Das heißt,dass bei ausgedehnter Schichtkörpereinheitetwa 30% der maximalen Dehnung der Schichtkörpereinheit an der Seite derSchichtkörpereinheit,mit der die Seitenelektrode verbunden ist, in der gesamten Elementeinheitsaufschichtungsgrenzeoffen (gedehnt) ist.
    [0089] Mitder Seitenelektrode, die bei dem piezoelektrischen Schichtelementgemäß Ausführungsbeispiel1 verwendet wurde, wurde wie in 7 gezeigt eineHaltbarkeitsprüfungdurchgeführt.Bei dieser Prüfungwurde auf die Seitenelektrode eine vorbestimmte Spannung aufgebracht,um die Seitenelektrode auszudehnen. Dann wurde die Seitenelektrode wiederin ihren ursprünglichenZustand zurückgeführt, indemdie vorbestimmte Spannung auf der Seitenelektrode beendet wurde.Der obige Vorgang wurde wiederholt und die Anzahl an Wiederholungengemessen, bis die Seitenelektrode brach. Das Ergebnis dieser Überprüfung istgrafisch in 7 dargestellt, inder die Ordinatenachse dem Dehnungsquotienten und die Abszissenachseder Anzahl der Wiederholungen entspricht, bis die Seitenelektrodebrach.
    [0090] Indiesem Fall bedeutet das Bezugszeichen x, bei dem der Dehnungsquotient0,9% beträgtund die Anzahl an Wiederholungen 1,00E+05 betrug, bis die Seitenelektrodebrach, dass die Seitenelektrode brach, wenn auf die Seitenelektrodeeine Kraft gegeben wurde und sie so ausgedehnt wurde, dass der Dehnungsquotient0,9% betragen konnte, und dieser Vorgang 100.000-mal wiederholtwurde.
    [0091] Wenndas piezoelektrische Schichtelement für das später beschriebene piezoelektrischeStellglied verwendet wird, ist es in diesem Zusammenhang erforderlich,dass die Seitenelektrode auch dann nicht bricht, wenn die Wiederholung 10.000.000-malund mehr erfolgt. Wie aus 7 hervorgeht,bricht die Seitenelektrode bei 10.000.000-maliger Wiederholung dann, wenn der Dehnungsquotientmehr als 0,4% beträgt.
    [0092] 8A zeigt die maximale Öffnungsbreite Y1des zwischen den Elementeinheiten ausgebildeten Hohlraumabschnittsin dem piezoelektrischen Schichtelement gemäß Ausführungsbeispiel 1. 8B zeigt grafisch den Zusammenhang zwischen dermaximalen ÖffnungsbreiteY1 des in 8A gezeigtenHohlraumabschnitts und dem ungefähren Dehnungsquotientenbei der maximalen ÖffnungsbreiteY1.
    [0093] DieAchse, auf der die Öffnungsbreite0 mm beträgt,entspricht in der Grafik der Aufschichtungsgrenze.
    [0094] Wiesich aus der Grafik ergibt, muss in dem Eckabschnitt der miteinanderin der Aufschichtungsgrenze benachbarten Elementeinheiten jeweilsein 0,075 mm großerHohlraum ausgebildet sein, damit der Dehnungsquotient nicht mehrals 0,4% beträgt, bzw.muss in der Aufschichtungsgrenze ein insgesamt 0,15 mm großer Hohlraumvorhanden sein. Dementsprechend darf die maximale Öffnungsbreite desHohlraumabschnitts nicht weniger als 8% der Dicke jeder Elementeinheitin der Aufschichtungsrichtung betragen.
    [0095] Wiein Ausführungsbeispiel2 angesprochen wurde, wird die Tatsache, ob die Seitenelektrode bricht,stark von der Ermüdungsfestigkeitder Seitenelektrode beeinflusst. Wenn die Ermüdungsfestigkeit der Seitenelektrodegesteigert wird, kann natürlich diemaximale Öffnungsbreitedes Hohlraumabschnitts in der Aufschichtungsgrenze verringert werden.
    [0096] InAusführungsbeispiel2 wurde eine gitterförmigeSeitenelektrodenplatte verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel wird jedocheine wellenförmige Seitenelektrodenplattemit besserer Ermüdungsfestigkeitverwendet, wobei nun erläutertwird, wie in diesem Fall, in dem die wellenförmige Seitenelektrodenplatteverwendet wird, überdie maximale Öffnungsbreitein der Aufschichtungsgrenze zu entscheiden ist.
    [0097] 9 zeigt grafisch das Ergebniseiner Haltbarkeitsprüfung,die mit der in diesem Ausführungsbeispielverwendeten Seitenelektrode durchgeführt wurde.
    [0098] Wieaus 9 hervorgeht, brichtdie Seitenelektrode nach 10.000.000-maliger Wiederholung der Vorgänge, wennder Dehnungsquotient mehr als 3% beträgt.
    [0099] ImZusammenhang mit der grafischen Darstellung von 8 ergibt sich daher, dass in den beidenin der Aufschichtungsgrenze benachbarten Einheiten ein 0,01 mm großer Hohlraumausgebildet werden muss, damit der Dehnungsquotient nicht mehr als3% beträgt,bzw. dass in der Aufschichtungsgrenze ein insgesamt 0,02 mm großer Hohlraumvorhanden sein muss. Wenn in der Aufschichtungsgrenze für einen0,02 mm großenHohlraum gesorgt wird, kann also ein piezoelektrisches Schichtelementmit übereinandergeschichteten Elementeinheiten zur Verfügung gestellt werden, das sichdadurch auszeichnet, dass die Seitenelektroden selten brechen unddie Haltbarkeit hoch ist.
    [0100] Indiesem Ausführungsbeispielwird zwar eine wellenförmigeSeitenelektrode verwendet, doch kann unabhängig von der Form und dem Materialder Seitenelektrode fürdie gleiche Wirkung gesorgt werden, solange die Ermüdungsfestigkeitverbessert werden kann.
    [0101] Wiein 10 gezeigt ist, enthält das piezoelektrischeSchichtelement 3 dieses Ausführungsbeispiels eine Schichtkörpereinheit 30,in der eine Vielzahl von Elementeinheiten 2 übereinandergeschichtet ist, in denen abwechselnd piezoelektrische Schichtenund Innenelektrodenschichten übereinandergeschichtet sind, zwei an den beiden Endabschnitten der Schichtkörpereinheit 30 befindliche Blindelementeinheiten 33 ohnepiezoelektrische Eigenschaften und ein Paar an den Seiten der Schichtkörpereinheit 30 befindlicherSeitenelektroden 151, 152, die jede zweite Innenelektrodeelektrisch miteinander verbinden.
    [0102] DieSchichtkörpereinheit 30 enthält in Aufschichtungsrichtungin der Mitte einen Antriebsabschnitt 31 und an beiden Endabschnittenzwei Pufferabschnitte 32, um den Antriebsabschnitt 31 zuhalten. Der Antriebsabschnitt 31 und die Pufferabschnitte 32 bestehenjeweils aus den Elementeinheiten 2, in denen abwechselnddie piezoelektrischen Schichten und die Innenelektrodenschichten übereinander geschichtetsind.
    [0103] Wenndie Seitenelektroden 151, 152 mit elektrischerEnergie versorgt werden, verlagert sich die piezoelektrische Schichtin dem Antriebsabschnitt 31 in der Aufschichtungsrichtung.Wenn die Seitenelektroden 151, 152 mit elektrischerEnergie versorgt werden, wird auch der Pufferabschnitt 32 inder Aufschichtungsrichtung verschoben, wobei jedoch die Verschiebungdes Pufferabschnitts 32 kleiner als die des Antriebsabschnitts 31 ist.
    [0104] Dieden Antriebsabschnitt 31 bildenden Elementeinheiten 2 sinddie gleichen wie in Ausführungsbeispiel1. Der Grundaufbau der die Pufferabschnitte 32 bildendenElementeinheiten ist der gleiche wie der Grundaufbau der den Antriebsabschnitt 31 bildendenElementeinheiten 2. Um jedoch die Verschiebung zu verringern,ist die Dicke der piezoelektrischen Schicht zwischen den benachbarten Innenelektrodenschichtengrößer alsdie Dicke der piezoelektrischen Schicht in den den Antriebsabschnitt 31 bildendenElementeinheiten 2.
    [0105] DieBlindelemente 33 stoßenan die beiden Endabschnitte der Pufferabschnitte 32.
    [0106] Auchdann, wenn die Seitenelektroden 151, 152 mit elektrischerEnergie versorgt werden, werden die Blindelemente 33 nichtangetrieben. Mit anderen Worten haben die Blindelemente 33 keinepiezoelektrischen Eigenschaften.
    [0107] DerPufferabschnitt 32 dient dazu, die Spannung zu verringern,die auf das Blindelement 33 aufgebracht wird, das nichtangetrieben werden kann.
    [0108] Indem piezoelektrischen Schichtelement 3 dieses Ausführungsbeispielsbesteht die erste, zwischen den Elementeinheiten liegende Aufschichtungsgrenzeaus zwei Arten. Die eine ist die Aufschichtungsgrenze 30% zwischenden den Antriebsabschnitt 31 bildenden Elementeinheiten 2 und dieandere die Aufschichtungsgrenze 302 zwischen dem Antriebsabschnitt 31 unddem Pufferabschnitt 32.
    [0109] Wennder Pufferabschnitt 32 aus einer Vielzahl von Elementeinheitenbesteht, gehörtdie Aufschichtungsgrenze zwischen den Elementeinheiten auf der Seitedes Pufferabschnitts zu der obigen ersten Aufschichtungsgrenze.
    [0110] Diezweite Aufschichtungsgrenze entspricht der Aufschichtungsgrenze 303 zwischender Schichtkörpereinheit 30 undder Blindelementeinheit 33. Da sich der Pufferabschnittausdehnt, obwohl die Blindelementeinheit 33 nicht angetriebenwird, muss in dem Abschnitt zwischen der Aufschichtungsgrenze 303 undden Seitenelektroden 151, 152 die Spannung verringertwerden, indem fürden Hohlraumabschnitt 10 gesorgt wird.
    [0111] Indem piezoelektrischen Schichtelement 3 muss also in derAufschichtungsgrenze, die zwischen den anzutreibenden Abschnittenausgebildet ist, sowie in der Aufschichtungsgrenze, die zwischen dennicht anzutreibenden Abschnitten ausgebildet ist, der Hohlraumabschnitt 10 vorhandensein. Aufgrund dieses Aufbaus kann die zwischen den Aufschichtungsgrenzen 301 bis 303 undden Seitenelektroden 151, 152 erzeugte Spannungverringert werden, so dass die Seitenelektroden 151, 152 darangehindert werden zu brechen.
    [0112] Dieanderen Punkte entsprechen ansonsten denen des Ausführungsbeispiels1, weswegen die gleiche Funktionsweise wie in Ausführungsbeispiel1 erzielt werden kann.
    [0113] DerAufbau des piezoelektrischen Schichtelements dieses Ausführungsbeispielsist der gleiche wie der in Ausführungsbeispiel1, wobei die Seitenelektroden mit der Schichtkörpereinheit mit Hilfe eines leitendenKlebstoffs verbunden sind.
    [0114] Wiein 11 gezeigt ist, sinddie Seitenelektrode 151 und die Schichtkörpereinheitmit Hilfe des leitenden Klebstoffs 171 verbunden und ragtder leitende Klebstoff 171 in diesem Fall nicht in den Hohlraumabschnitt 10 hinein.
    [0115] In 12 ragt der leitende Klebstoff 171 zwarvon beiden Seiten in den Hohlraumabschnitt 10 hinein, doch istder hineinragende Teil nicht durchgehend. Die hineinragenden Abschnittesind in der Zeichnung mit den Bezugszahlen 173, 174 gekennzeichnet.
    [0116] Wenndie sich auf beiden Seiten in Aufschichtungsrichtung befindendenhineinragenden Abschnitte des leitenden Klebstoffs 171 miteinander verbundenwären oderwenn der Hohlraumabschnitt 10 wie in 13 gezeigt mit dem leitenden Klebstoff 174 ausgefüllt wäre, könnte nichtfür dieWirkung gesorgt werden, die die Seitenelektroden 151, 152 daranhindert zu brechen.
    [0117] Sobestündedie Wahrscheinlichkeit, dass sich wie in 13 gezeigt in dem leitenden Klebstoff 174 vonder Aufschichtungsgrenze 200 zur Seitenelektrode 151 hinein Riss 175 bildet und es von diesem Riss 175 zurSeitenelektrode 151 hin zu einem Bruch kommt. Darüber hinausbestündedie Möglichkeit,dass auf die Seitenelektrode 151 ähnlich wie bei einem Aufbau,in dem kein Hohlraumabschnitt vorhanden ist, eine hohe Spannungaufgebracht wird.
    [0118] Indiesem Ausführungsbeispielwird die Form des den Hohlraumabschnitt bildenden abgefasten Abschnittserläutert.
    [0119] DerHohlraumabschnitt 10 in den 14A bis 14C ergibt sich, wenn dieEckabschnitte der Elementeinheiten 2, die sich auf beidenSeiten der Aufschichtungsgrenze 200 befinden, mit der gleichen Formund Größe abgefastwerden.
    [0120] In 14A sind die Eckabschnitteder der Aufschichtungsgrenze 200 zugewandten Elementeinheiten 2 bogenförmig nachaußenabgefast, so dass der Hohlraumabschnitt gebildet werden kann.
    [0121] In 14B sind die Eckabschnitteder der Aufschichtungsgrenze 200 zugewandten Elementeinheiten 2 bogenförmig nachinnen ausgenommen, so dass der Hohlraumabschnitt gebildet werden kann.
    [0122] In 14C sind die Eckabschnitteder der Aufschichtungsgrenze 200 zugewandten Elementeinheiten 2 durchHerausschneiden abgefast, so dass der Hohlraumabschnitt gebildetwerden kann.
    [0123] In 14D erfolgte die Abfasungauf die gleiche Weise wie in 14C,wobei jedoch in den auf beiden Seiten der Aufschichtungsgrenze 200 befindlichenElementeinheiten 2 das Ausmaß der Abfasung bei der oberenElementeinheit 2 etwas höher ist.
    [0124] Inden 14E bis 14H ist lediglich der obereEckabschnitt der Elementeinheiten 2 abgefast, so dass derHohlraumabschnitt 10 gebildet werden kann.
    [0125] In 14E ist der Eckabschnittder der Aufschichtungsgrenze 200 zugewandten unteren Elementeinheit 2 schräg in Formeiner Ebene abgefast, so dass der Hohlraumabschnitt 10 gebildetwerden kann.
    [0126] In 14F ist der Eckabschnittder der Aufschichtungsgrenze 200 zugewandten unteren Elementeinheit 2 bogenförmig abgefast,so dass der Hohlraumabschnitt 10 gebildet werden kann.
    [0127] In 14G ist der Eckabschnittder der Aufschichtungsgrenze 200 zugewandten unteren Elementeinheit 2 ineiner vertieften Bogenform abgefast, so dass der Hohlraumabschnitt 10 gebildetwerden kann.
    [0128] In 14H ist der Eckabschnittder der Aufschichtungsgrenze 200 zugewandten unteren Elementeinheit 2 viereckigabgefast, so dass der Hohlraumabschnitt 10 gebildet werdenkann.
    [0129] Durcheinen Hohlraumabschnitt 10 beliebiger Form lassen sichdie gleichen Wirkungen wie in Ausführungsbeispiel l erreichen.
    [0130] Indiesem Ausführungsbeispielwird das piezoelektrische Schichtelement 1 gemäß Ausführungsbeispiel1 als ein piezoelektrisches Stellglied verwendet, das in einer Einspritzdüse 5 eingebautist.
    [0131] Diein 15 gezeigte Einspritzdüse 5 diesesAusführungsbeispielsfindet in einem Commonrail-Einspritzsystemeines Dieselmotors Verwendung.
    [0132] Wiein der Zeichnung gezeigt ist, enthält diese Einspritzdüse 5 einoberes Gehäuse 52,um das piezoelektrische Schichtelement 1 aufzunehmen, dasals ein Antriebsabschnitt verwendet wird, und ein an dem unterenEndabschnitt des oberen Gehäuses 52 befestigtesunteres Gehäuse 53,in dem ein Düsenabschnitt 54 ausgebildetist.
    [0133] Dasobere Gehäuse 52 istim Großenund Ganzen säulenförmig. Ineinem Längsloch 521,das bezüglichder Mittel achse exzentrisch ist, wurde das piezoelektrische Schichtelement 1 eingeführt undbefestigt.
    [0134] Aufder einen Seite des Längslochs 521 befindetsich parallel dazu ein Hochdruckkraftstoffweg 522, dessenoberer Endabschnitt überein von dem oberen Seitenabschnitt des oberen Gehäuses 52 vorragendesKraftstoffeinleitungsrohr 523 mit dem (nicht in der Zeichnunggezeigten) außengelegenen Commonrail verbunden ist.
    [0135] Indem oberen Seitenabschnitt des oberen Gehäuses 52 ragt ein Kraftstoffabführrohr 525 vor, dasmit einem Abflussweg 524 in Verbindung steht. Der aus demKraftstoffabführrohr 525 herausfließende Kraftstoffwird daher in einen (nicht in der Zeichnung gezeigten) Kraftstofftankzurückgeführt.
    [0136] DerAbflussweg 524 verläuftin dem Spalt zwischen dem Längsloch 521 unddem Antriebsabschnitt bzw. piezoelektrischen Element 1 undsteht übereinen nicht gezeigten Weg, der von diesem Spalt 50 zu demoberen und unteren Gehäuse 52, 53 läuft, miteinem noch zu beschreibenden Drei-Wege-Ventil 551 in Verbindung.
    [0137] DerDüsenabschnitt 54 enthält einevertikal in einem Kolbenkörper 531 gleitendeDüsennadel 541 undein durch die Düsennadel 541 zu öffnendes undschließendesEinspritzloch 543, um unter hohem Druck stehenden Kraftstoffeinzuspritzen, der von einem Kraftstoffspeicher 542 zugeführt wird.Der Kraftstoffspeicher 542 umgibt den mittleren Abschnittder Düsennadel 541,wobei sich ein unterer Endabschnitt des Hochdruckkraftstoffwegs 522 inden Kraftstoffspeicher 542 öffnet. Auf die Düsennadel 541 wirdin Öffnungsrichtungder Kraftstoffdruck aus dem Kraftstoffspeicher 542 aufgebracht,währendauf die Düsennadel 541 gleichzeitigin der Ventilschließrichtung einKraftstoffdruck von einer Gegendruckkammer 544 aufgebrachtwird, die der oberen Endflächezugewandt ist. Wenn der Druck in der Gegendruckkammer 544 abnimmt,wird die Düsennadel 541 daher angehobenund öffnetsich das Einspritzloch 543, so dass Kraftstoff eingespritztwerden kann.
    [0138] DerDruck in der Gegendruckkammer 544 wird durch Betätigung desDrei-Wege-Ventils 551 erhöht und gesenkt. Das Drei-Wege-Ventil 551 istso aufgebaut, dass die Gegendruckkammer 544 gezielt mitdem Hochdruckkraftstoffweg 522 oder dem Abflussweg 524 inVerbindung gebracht werden kann. Das Drei-Wege-Ventil 551 istin diesem Fall mit einem kugelförmigenVentilkörperversehen, der eine mit dem Hochdruckkraftstoffweg 522 oderdem Abflussweg 524 in Verbindung stehende Öffnung öffnen undschließenkann. Dieser Ventilkörperwird durch den Antriebsabschnitt 1 über einen Kolben großen Durchmessers 552,eine Hydraulikkammer 553 und einen Kolben kleinen Durchmessers 554 angetrieben,die unterhalb des Antriebsabschnitts 1 angeordnet sind.
    [0139] Indiesem Ausführungsbeispielwird das angesprochene piezoelektrische Schichtelement 1 als Antriebsquellefür diewie oben beschrieben aufgebaute Einspritzdüse 5 verwendet. Daspiezoelektrische Schichtelement 1 hat wie oben beschriebenin den Aufschichtungsgrenzen Hohlraumabschnitte. Die Seitenelektrodenbrechen daher schwer. Dementsprechend kann die Haltbarkeit des piezoelektrischenSchichtelements 1 übereine lange Zeitdauer gewährleistetwerden und kann die Betätigungder Düsennadel 541 präzise durchdas piezoelektrische Schichtelement 1 gesteuert werden.
    [0140] DerFachmann kann an den obigen, ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispielender Erfindung Abwandlungen vornehmen, ohne vom Erfindungsprinzipund Schutzumfang abzuweichen.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Piezoelektrisches Schichtelement (1),mit: einer Schichtkörpereinheit(100), in der eine Vielzahl von Elementeinheiten (2) übereinandergeschichtet ist, wobei in jeder Elementeinheit (2) abwechselndpiezoelektrische Schichten (21, 22) und Innenelektrodenschichten(23, 24) übereinandergeschichtet sind, auf denen kontaktfreie Flächen (210, 220)vorhanden sind, in denen die Innenelektrodenschichten (23, 24) inBereichen, die von den Außenumfangsabschnitten derpiezoelektrischen Schichten (21, 22) beabstandetsind, nicht teilausgebildet sind; und einem Paar an den Seiten(101, 102) der Schichtkörpereinheit (100)befindlicher Seitenelektroden (151, 152), diejede zweite Innenelektrodenschicht (23, 24) elektrischmiteinander verbinden, wobei zwischen der Seitenelektrode (151)und der zwischen den Elementeinheiten (2) ausgebildeten Aufschichtungsgrenze(200) ein Hohlraumabschnitt (10) vorhanden ist,der aus einer Nut besteht, die sich zur Seitenelektrode (151)hin öffnet.
    [2] Piezoelektrisches Schichtelement nach Anspruch 1,bei dem die maximale Öffnungsbreite(Y1) des Hohlraumabschnitts (10) in der Aufschichtungsrichtung8 bis 20% der Dicke der Elementeinheit (2) in der Aufschichtungsrichtungbeträgt.
    [3] Piezoelektrisches Schichtelement nach Anspruch 1oder 2, bei dem die Seitenelektrode (151) und die Schichtkörpereinheitmiteinander durch einen leitenden Klebstoff (171) verbundensind.
    [4] Piezoelektrisches Schichtelement nach Anspruch 3,bei dem der leitende Klebstoff (171) in den Hohlraumabschnitt(10) hineinragt und die in den Hohlraumabschnitt (10)hineinragenden Abschnitte (173, 174) des leitendenKlebstoffs (171) nicht miteinander in der Aufschichtungsrichtungverbunden sind.
    [5] Piezoelektrisches Schichtelement nach einem der Ansprüche 1 bis4, bei dem der Hohlraumabschnitt aus einem abgefasten Abschnittbesteht, der sich dadurch ergibt, dass einer der Eckabschnitte dermiteinander benachbarten piezoelektrischen Schichten in der Aufschichtungsrichtungabgefast wird.
    [6] Piezoelektrisches Schichtelement nach Anspruch 5,bei dem die maximale Öffnungsbreitedes abgefasten Abschnitts in der Aufschichtungsrichtung 8 bis 20%der Dicke jeder Elementeinheit in der Aufschichtungsrichtung beträgt.
    [7] Piezoelektrisches Schichtelement nach einem der Ansprüche 1 bis4, bei dem der Hohlraumabschnitt (10) aus abgefasten Abschnitten(251, 252, 261, 262) besteht,die sich ergeben, wenn beide Eckabschnitte der miteinander benachbartenpiezoelektrischen Schichten (25, 26) in der Aufschichtungsrichtungabgefast werden.
    [8] Piezoelektrisches Schichtelement nach Anspruch 7,bei dem die maximale Öffnungsbreitedes abgefasten Abschnitts (251, 252, 261, 262)in der Aufschichtungsrichtung 4 bis 10% der Dicke jeder Elementeinheit(2) in der Aufschichtungsrichtung entspricht.
    [9] Piezoelektrisches Schichtelement (3), mit: einerSchichtkörpereinheit(30), in der eine Vielzahl von Elementeinheiten (2, 32) übereinandergeschichtet ist, wobei in jeder Elementeinheit (2, 32)abwechselnd piezoelektrische Schichten und Innenelektrodenschichten übereinandergeschichtet sind, auf denen kontaktfreie Flächen vorhanden sind, in denen dieInnenelektrodenschichten in Bereichen, die von den Außenumfangsabschnittender piezoelektrischen Schicht beabstandet sind, nicht teilausgebildet sind; anden beiden Endabschnitten der Schichtkörpereinheit (30) befindlichenBlindelementeinheiten (33) ohne piezoelektrische Eigenschaften;und einem Paar an den Seiten der Schichtkörpereinheit (30) befindlicherSeitenelektroden (151, 152), die jede zweite Innenelektrodeelektrisch miteinander verbinden, wobei zwischen einer ersten,zwischen den Elementeinheiten (2, 32) ausgebildetenAufschichtungsgrenze (301, 302) und der Seitenelektrode(151) sowie zwischen einer zweiten, zwischen der Schichtkörpereinheit(30) und der Blindelementeinheit (33) ausgebildetenAufschichtungsgrenze (303) und der Seitenelektrode (151) einHohlraumabschnitt (10) vorhanden ist, der aus einer Nutgebildet ist, die sich zur Seitenelektrode (151) hin öffnet.
    [10] Piezoelektrisches Schichtelement nach einem derAnsprüche1 bis 9, das ein piezoelektrisches Stellglied ist.
    [11] Piezoelektrisches Schichtelement nach einem derAnsprüche1 bis 10, bei dem die maximale Öffnungsbreite(Y1) des Hohlraumabschnitts (10) in der Aufschichtungsrichtungnicht weniger als 20 μm beträgt.
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    法律状态:
    2011-01-20| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
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