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    • 专利摘要:
    Eswird ein piezoelektrisches Betätigungsgliedmit einer Schichtung aus piezoelektrischen Schichten, die aus einerpiezoelektrischen Keramik geformt sind, und internen Elektrodenschichtenangegeben, die abwechselnd geschichtet sind. In dem piezoelektrischenBetätigungsgliedist bei der Annahme, dass eine Kapazität bei einer elektrischen Feldstärke von1,0 kV/mm oder größer beieiner beliebigen Temperatur T1 C1 ist, und dass unmittelbar, nachdemdas Betätigungsgliedeinem thermischen Veränderungsverlaufbis auf eine Temperatur T2 unterzogen worden ist, die sich von T1um zumindest 100°Cunterscheidet, eine Kapazitätbei der elektrischen Feldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beider Temperatur T1 C2 ist, ein Änderungsverhältnis derKapazitätvon C1 zu C2 5,5% oder geringer, und beträgt der dielektrische Verlustdes piezoelektrischen Betätigungsglieds8,2% oder weniger. Die piezoelektrischen Schichten sind aus einerpiezoelektrischen Keramik geformt, die durch Brennen eines piezoelektrischenMaterials mit der folgenden Formel erhalten wird:PbZrO3-PbTiO3-PB(Y1/2Nb1/2)O3-PB(Mn1-zWz)O3 mit0,25 ≦ z ≦ 0,40, wobeiPb teilweise durch ein oder mehrere aus Ba, Ca und Sr ausgewählte Elementenach Hinzufügen einesOxidhilfsstoffs zu dem piezoelektrischen Material ersetzt wird.
    公开号:DE102004015850A1
    申请号:DE200410015850
    申请日:2004-03-31
    公开日:2004-11-11
    发明作者:Naoyuki Kariya Kawazoe；Hiroki Kariya Kubota
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:F02M51-06
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein piezoelektrisches Betätigungsglied, das als Antriebsquellefür einenInjektor in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung dient, und piezoelektrischeKeramik, die in piezoelektrischen Betätigungsgliedern verwendet wird.
    [0002] Einpiezoelektrisches Betätigungsglied(Aktor) kann als Antriebsquelle für einen Injektor in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtungverwendet werden, die in einer Brennkraftmaschine wie einer Fahrzeugmaschineverwendet wird. Ein piezoelektrisches Betätigungsglied ist aus einemgeschichteten piezoelektrischen Element zusammengesetzt, das aussich einander abwechselnden piezoelektrischen Schichten, die auspiezoelektrischer Keramik geformt sind, und internen Elektrodenschichtenaufgebaut ist. Weiterhin werden bei der Erzeugung des piezoelektrischenBetätigungsgliedshäufigeine piezoelektrische Keramik verwendet, die aus Blei-Zirkonat-Titanatoder dergleichen zusammengesetzt ist. Piezoelektrische Keramikensind beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung (DE-OS) Nr.19548965 beschrieben.
    [0003] Wennein Injektor in der vorstehend beschriebenen Umgebung verwendetwird, kann die Umgebungstemperatur sehr schnell in der Nähe des Injektorsvariieren, und wird eine Änderungder Injektorcharakteristiken (Injektoreigenschaften) aufgrund einesthermischen Veränderungsverlaufs(Historie) verursacht, weshalb ein Problem bei der Steuerung derKraftstoffeinspritzmenge auftritt. Dieses Problem tritt aufgrundder Variation der Eigenschaften des piezoelektrischen Betätigungsglieds aufgrunddes thermischen Veränderungsverlaufs einerKeramik auf.
    [0004] Daherliegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die vorstehendbeschriebenen Probleme zu lösen,wobei ein piezoelektrisches Betätigungsgliedund eine piezoelektrische Keramik bereitgestellt werden, die stabileEigenschaften aufweisen, die nicht durch den thermischen Veränderungsverlaufbeeinträchtigtwerden.
    [0005] Gemäß einerersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein piezoelektrischesBetätigungsgliedgeschaffen mit einer Schichtung aus piezoelektrischen Schichten,die aus piezoelektrischer Keramik geformt sind, und internen Elektrodenschichten,die abwechselnd geschichtet oder gestapelt sind, das dadurch gekennzeichnetist, dass, unter der Annahme, dass die Kapazität unter einer elektrischenFeldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beieiner beliebigen Temperatur T1 C1 ist und dass unmittelbar, nachdemdas Betätigungsgliedeinem thermischen Veränderungsverlaufauf die Temperatur T2, die sich von T1 um zumindest 100°C unterscheidet,unterzogen worden ist, die Kapazität unter der elektrischen Feldstärke von1,0 kV/mm oder größer beider Temperatur T1 C2 ist, ein Änderungsverhältnis derKapazitätvon C1 zu C2 5,5 % oder niedriger ist, wobei – 40°C ≤ T1 < T2 ≤ 200°C gilt.
    [0006] Funktionenund Wirkungen der Erfindung gemäß der erstenAusgestaltung sind nachstehend beschrieben.
    [0007] Daspiezoelektrische Betätigungsgliedgemäß der erstenAusgestaltung der Erfindung zeigt ein Änderungsverhältnis inder Kapazitätvon 5,5 % oder niedriger unter einer elektrischen Feldstärke von1,0 kV oder größer, nachdem esdem thermischen Veränderungsverlaufunterzogen worden ist, der in dem vorstehend beschriebenen Temperaturbereichgegeben ist.
    [0008] Somitweist das piezoelektrische Betätigungsgliedgemäß der erstenAusgestaltung der Erfindung eine stabile Kapazität auf. Mit der auf diese Weisestabilisierten Kapazitätwird eine Veränderlichkeit(Variabilität) derVersatzcharakteristiken in dem Übergangverringert, weshalb eine Ausdehnungsrate der piezoelektrischen Schichten,d. h. eine Ausdehnungsrate des piezoelektrischen Betätigungsgliedsim Wesentlichen konstant wird.
    [0009] Gemäß einerzweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine piezoelektrischeKeramik bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass, unterder Annahme, dass eine dielektrische Konstante unter einer untereiner elektrischen Feldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beieiner beliebigen Temperatur T1 ε1 istund dass unmittelbar, nachdem die Kermaik einem thermischen Veränderungsverlaufauf eine Temperatur T2 unterzogen worden ist, die sich von T1 umzumindest 100 °Cunterscheidet, eine dielektrische Konstant unter der elektrischenFeldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beider Temperatur T1 ε2ist, ein Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstante von ε1zu ε2 5,5% oder niedriger ist, wobei –40°C ≤ T1 < T2 < 200°C gilt.
    [0010] Diepiezoelektrische Keramik gemäß der erstenAusgestaltung der Erfindung zeigt ein Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstante von 5,5 % oder niedriger unter einer elektrischenFeldstärkevon 1,0 kV oder größer, nachdemes dem in dem vorstehend beschriebenen Temperaturebereich gegebenenthermischen Veränderungsverlaufunterzogen worden ist. Somit weist ein piezoelektrische Betätigungsgliedmit dieser piezoelektrischen Keramik eine stabile Kapazität auf, undals Ergebnis der stabilen Kapazität wird eine Veränderlichkeit(Variabilität)der Versatzcharakteristiken in dem Übergang verringert, weshalbeine Ausdehnungsrate der piezoelektrischen Schichten, d. h. eineAusdehnungsrate des piezoelektrischen Betätigungsglieds im Wesentlichenkonstant wird.
    [0011] Somitwerden gemäß den erstenund zweiten Ausgestaltungen der Erfindung ein piezoelektrisches Betätigungsgliedund eine piezoelektrische Keramik mit stabilen Eigenschaften bereitgestellt,die nicht durch den thermischen Veränderungsverlauf beeinträchtigt werden.
    [0012] Dievorliegende Erfindung ist nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme aufbevorzugte Ausführungsbeispiele,auf die die vorliegende Erfindung nicht beschränkt werden soll, und insbesondereunter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
    [0013] 1 ein Diagramm, das ZeitenTa und Tb darstellt, die erforderlich sind, damit piezoelektrischeBetätigungsgliedermit unterschiedlichen Kapazitäteneinen Versatz x erreichen,
    [0014] 2 eine schematische Darstellungdes piezoelektrischen Betätigungsgliedsgemäß einemBeispiel 1,
    [0015] 3 eine perspektivische Darstellungder piezoelektrischen Schichten und internen Elektrodenschichtenin dem Beispiel 1,
    [0016] 4 eine perspektivische Darstellung,die piezoelektrische Schichten und interne Elektrodenschichten indem Beispiel 1 veranschaulichen,
    [0017] 5 eine schematische Darstellungzur Beschreibung einer Messschaltung zum Messen der Kapazität des piezoelektrischenBetätigungsgliedsgemäß einemBeispiel 2 währenddessen Betriebs,
    [0018] 6 eine Seitenansicht einerMessungsanordnung zum Messen einer P-E-Hysterese und Übergangscharakteristikenin dem Versatz des piezoelektrischen Betätigungsglieds gemäß dem Beispiel2,
    [0019] 7 eine Darstellung der P-E-Hystereseund einer FlächeS1 des piezoelektrischen Betätigungsglieds,
    [0020] 8 eine Darstellung der P-E-Hystereseund einer FlächeS2 des piezoelektrischen Betätigungsglieds,und
    [0021] 9 eine Querschnittsdarstellungeines Aufbaus eines Injektors in einem Beispiel 3.
    [0022] Gemäß der erstenAusgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein piezoelektrischesBetätigungsgliedbereitgestellt. Währenddes Betriebs des piezoelektrischen Betätigungsglieds befindet sichdie an dem Betätigungsgliedangelegte elektrische Feldstärkein dem Bereich einer elektrischen Feldstärke, die typischerweise anBetätigungsgliedernangelegt wird, wenn diese in einer normalen Verwendungsumgebungbetrieben werden, und der Temperaturbereich für das piezoelektrische Betätigungsgliedist der Temperaturbereich, der typischerweise bei piezoelektrischenBetätigungsgliedernin einer normalen Verwendungsumgebung angetroffen wird.
    [0023] Fallsdaher ein Änderungsverhältnis inder Kapazitätvor und nach dem thermischen Veränderungsverlaufin dem vorstehend beschriebenen Temperaturbereich unter einem elektrischenFeld in dem vorstehend beschriebenen Bereich 5,5 % oder wenigerist, ist es unwahrscheinlich, dass eine Änderung der Eigenschaften despiezoelektrischen Betätigungsgliedsaufgrund des thermischen Veränderungsverlaufsin der praktischen Verwendung auftritt.
    [0024] Fallsdemgegenüberdas Änderungsverhältnis derKapazitätgrößer als5,5 % ist, könnenVariationen der Übergangseigenschaftenbei dem Versatz zu groß werden,weshalb die Wirkungen der vorliegenden Erfindung verschlechtertwerden könnenoder verloren gehen können.
    [0025] Weiterhinist es am meisten vorzuziehen, dass ein Änderungsverhältnis derKapazitätvor und nach dem thermischen VeränderungsverlaufNull (0) % ist.
    [0026] DieKapazitätdes piezoelektrischen Betätigungsgliedsvor und nach dem thermischen Veränderungsverlaufist nachstehend weiter beschrieben.
    [0027] DieTemperatur wurde durch Erhitzen von T1 auf T2 angehoben und wurdedann auf T1 zurückgeführt, während daspiezoelektrische Betätigungsgliedmit einer spezifizierten Antriebsspannung (elektrischen Feldstärke) betriebenwurde.
    [0028] Für das piezoelektrischeBetätigungsgliedgemäß der vorliegendenErfindung ist, unter der Annahme, dass die Kapazität des piezoelektrischenBetätigungsgliedsbei der Temperatur T1 vor dem Erhitzen C1 ist, und dass die Kapazität des piezoelektrischenBetätigungsgliedsnach dem Erhitzen auf T2 und darauf folgendes Abkühlen wiederumauf die Temperatur T1 C2 ist, wobei dieser Wert aus 100 × (C2 – C1)/C1berechnete Wert 5,5 % oder weniger beträgt.
    [0029] Gemäß der ersten(oder zweiten) Ausgestaltung der Erfindung wird der Bereich derTemperaturen T1 ~ T2 ~ T1 aus dem Bereich von –40°C ~ 200°C ausgewählt. Die elektrische Feldstärke wirdgemessen, währenddas piezoelektrische Betätigungsgliedbetrieben wird, und in diesem Fall wird die elektrische Feldstärke während desBetriebs auf 1,5 kV/mm oder größer eingestellt.Es sei bemerkt, dass die Einzelheiten des Messverfahrens nachstehendin Beispiel 1 beschrieben sind.
    [0030] Vorzugweisebeträgtdas Änderungsverhältnis derKapazitätin dem piezoelektrischen Betätigungsglied5 % oder weniger. Mit diesem Änderungsverhältnis von5 % oder weniger wird die Veränderlichkeit(Variabilität)der Übergangseigenschaftenin dem Versatz kleiner, und die bemerkenswerten Wirkungen der vorliegendenErfindung könnenerhalten werden.
    [0031] Esweiter vorzuziehen, dass das Änderungsverhältnis derKapazität4,8 % oder geringer ist. Mit dem Änderungsverhältnis von4,8 % oder weniger wird die Veränderlichkeitder Übergangseigenschaftendes Versatzes kleiner, weshalb noch bemerkenswertere Wirkungen dervorliegenden Erfindung erhalten werden können.
    [0032] Zusätzlich istbei dem piezoelektrischen Betätigungsgliedder dielektrische Verlust vorzugsweise 8,2 % oder niedriger. Wennder dielektrische Verlust gering ist, kann eine Eigen-Wärmeerzeugungdurch das piezoelektrische Betätigungsgliedunterbunden werden. Falls der dielektrische Verlust größer als8,2 % ist, kann die Alterungsbeständigkeit des piezoelektrischenBetätigungsgliedsbeeinträchtigtwerden, da die Eigen-Wärmeerzeugungdurch das piezoelektrische Betätigungsgliedwährenddes Betriebs groß wird.
    [0033] Esist weiter vorzuziehen, dass der dielektrische Verlust 8 % oderniedriger ist. Mit einem dielektrischen Verlust von 8 % oder niedrigerkönnenbemerkenswertere Wirkungen der vorliegenden Erfindung erhalten werden,da die Eigen-Wärmeerzeugungdurch das piezoelektrische Betätigungsgliedkleiner wird.
    [0034] Esist noch weiter vorzuziehen, dass der dielektrische Verlust 0,5% oder mehr beträgt.Falls der dielektrische Verlust niedriger als 0,5 % ist, kann inden piezoelektrischen Keramiken (Oxidmaterial wie Blei-Zirkonat-Titanatoder dergleichen), die allgemein bei der Erzeugung der piezoelektrischenSchichten verwendet werden, das Versatzverhalten, das heißt das Grundverhaltendes piezoelektrischen Betätigungsglieds,stark beeinträchtigtwerden.
    [0035] Weiterhinist es zum Erhalt eines piezoelektrischen Betätigungsglieds mit einem Änderungsverhältnis derKapazitätvon 5,5 % oder niedriger, nachdem es einem thermischen Veränderungsverlaufunterzogen worden ist, vorzuziehen, piezoelektrische Schichten auspiezoelektrischer Keramik zu bilden, die durch Brennen eines piezoelektrischenMaterials mit der chemischen Formel von PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y½Nb½)O3-Pb(Mn1-zWz)O3 mit 0,25 ≤ z ≤ 0,40 erhaltenwird, wobei Pb teilweise durch ein oder mehrere Ba, Ca, Sr ausgewählte Elementenach der Addition von Hilfsoxiden (Oxidhilfsstoffen, adjuvant oxide),die sowohl Pb-Oxide als auch W-Oxide enthalten, zu dem piezoelektrischenMaterial ersetzt wird.
    [0036] Diedabei zum Erzeugen der piezoelektrischen Schichten verwendete piezoelektrischeKeramik ist eine Verbindung, eine Perovskit-Struktur mit der Zusammensetzungaufweist: PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y½Nb½)O3-Pb(Mn1-zWz)O3, wobei Pb teilweisedurch andere Elemente wie Ba, Ca, Sr und dergleichen ersetzt wird.
    [0037] AlsErgebnis der Ersetzung von Pb durch Ba, Ca oder Sr wird eine starkeBeanspruchung (Dehnung) in das Perovskit-Kristallgitter eingeführt, wodurchder Verbindung ermöglichtwird, einen erhöhtenpiezoelektrischen Effekt zu zeigen. Daher kann das piezoelektrischeBetätigungsgliedmit den piezoelektrischen Schichten, die aus der piezoelektrischenKeramik gemäß der vorliegendenErfindung geformt sind, ein großesVersatzausmaß zeigen.
    [0038] Weiterhinwird bei der piezoelektrischen Keramik gemäß der vorliegenden Erfindungein Verhältnisdes Donatorelements W zu dem Akzeptorelement Mn derart gesteuert,dass es in einem korrekten Bereich liegt. Durch korrekte Einstellungdieses Verhältnisseskann das Ausmaß derin dem Kristallgitter erzeugten Sauerstoffdefekten verringert werden,so dass eine Variation der Kapazität im Veränderungsverlauf der Zeit unterbundenwerden kann.
    [0039] Weiterhinkann durch Verwendung des Oxidhilfsstoffs, der sowohl Pb-Oxide alsauch W-Oxide aufweist, die Brenntemperatur des piezoelektrischenMaterials verringert werden, so dass ein kostengünstigeres Elektrodenmaterial(beispielsweise eine Ag-Pd-Legierung mit 10 % Gewichtsprozent oderweniger von Cu, Ag oder Pd) zur Herstellung des piezoelektrischenBetätigungsgliedsverwendet werden kann. Somit kann ein piezoelektrisches Betätigungsgliedbei geringeren Kosten erhalten werden.
    [0040] Essei bemerkt, dass, falls z < 0,25ist, die Änderungim Veränderungsverlaufeder Zeit der Kapazität despiezoelektrischen Betätigungsgliedsgroß wird,und falls z > 0,4wird, kann das Versatzverhalten des piezoelektrischen Betätigungsgliedsverschlechtert werden.
    [0041] DieMenge des dem piezoelektrischen Material zugefügten Oxidhilfsstoffs ist vorzugsweisein dem Bereich von 0,05 bis 5 Gew.-% (externe Gew.-%) relativ zu100 Gew.-% des piezoelektrischen Materials. Falls diese Menge geringerals 0,05 Gew.-% ist, kann die Reduktionswirkung auf die Brenntemperaturnicht erzielt werden. Falls demgegenüber diese Menge größer als5 Gew.-% ist, kann das Versatzverhalten des piezoelektrischen Betätigungsgliedsverschlechtert werden, da der Oxidhilfsstoff, der nicht zu dem Versatzverhaltenbeiträgt,in dem piezoelektrischen Material erhöht wird.
    [0042] DerOxidhilfsstoff, der sowohl Pb-Oxide als auch W-Oxide enthält, isteine Mischung Pb-Oxiden und W-Oxiden, oder ein komplexes Oxid vonPb und W.
    [0043] Genauerkönnenein Oxidhilfsstoff, der aus Pb-Oxiden und W-Oxiden besteht, einOxidhilfsstoff, der aus einem komplexen Oxid von Pb und W besteht,ein Oxidhilfsstoff, der aus Pb-Oxiden und einem komplexen Oxid ausPb und W besteht, ein Oxidhilfsstoff, der aus W-Oxiden und einemkomplexen Oxid aus Pb und W besteht, und ein Oxidhilfsstoff, deraus Pb-Oxiden, W-Oxiden und einem komplexen Oxid aus Pb und W besteht,als der Oxidhilfsstoff in der Umsetzung der vorliegenden Erfindungverwendet werden.
    [0044] Zusätzlich kanndas vorstehend beschriebene piezoelektrische Betätigungsglied vorteilhaft alsAntriebsquelle eines Injektors verwendet werden, der in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtungverwendet wird.
    [0045] DieKapazitätdes piezoelektrischen Betätigungsgliedsgemäß der erstenAusgestaltung der vorliegenden Erfindung ist unter der spezifiziertenelektrischen Feldstärkein Bezug auf den thermischen Veränderungsverlaufin dem vorstehend beschriebenen spezifischen Temperaturbereich stabil.Daher wird die Veränderlichkeitder Übergangseigenschaftenin dem Versatz verringert, und werden die Ausdehnungsrate der piezoelektrischenSchichten und somit die Ausdehnungsrate der piezoelektrischen Schichtenim Wesentlichen konstant.
    [0046] DurchVerwendung dieses piezoelektrischen Betätigungsglieds als Antriebsquelleneines Injektors in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einer Brennkraftmaschinewie einer Fahrzeugbrennkraftmaschine oder dergleichen kann eineVariation in dem Zeitveränderungsverlaufder Kraftstoffeinspritzung verringert werden, und kann eine Variationin der eingespritzten Kraftstoffmenge verringert werden, wodurcheine präzisereSteuerung des Kraftstoffverbrennungszustands gewährleistet werden kann.
    [0047] Diesliegt daran, dass unter Bezug auf die Betriebsumgebung eines piezoelektrischenBetätigungsgliedsBrennkraftmaschinen wie Fahrzeugbrennkraftmaschinen oder dergleichensehr harschen Umgebungsbedingungen im Vergleich zu herkömmlichenAnwendungen wie eine Positionierung usw. unterzogen werden, weshalbdas piezoelektrische Betätigungsgliedeinem thermischen Veränderungsverlaufvon einer Umgebungstemperatur vor Starten der Brennkraftmaschine(in einigen Fälleneine niedrige Temperatur von –40°C) bis zueiner hohen Temperatur währenddes Betriebs (in einigen Fällen über 200°C) unterzogenwird, und wird nach Stoppen der Brennkraftmaschine auf die Umgebungstemperaturherabgekühlt.
    [0048] Nachstehendist der Grund beschrieben, warum eine Kapazitätsänderung des piezoelektrischenBetätigungsgliedseine Variation der Kraftstoffmenge verursachen kann.
    [0049] 1 zeigt einen Graphen derBeziehung des Versatzes und der Zeit, wenn eine konstante Energie zweipiezoelektrischen Betätigungsgliedernmit unterschiedlicher Kapazitätzugeführtwird. Die Kapazitäteines piezoelektrischen BetätigungsgliedsA beträgtCa, und die Kapazitätdes piezoelektrischen Betätigungsglieds BbeträgtCb, wobei Cb > Cagilt.
    [0050] Wieaus diesem Graphen hervorgeht, ist die zum Erreichen des Versatzesx erforderliche Zeit in dem Betätigungsgliedmit der kleinen Kapazitätim Vergleich zu demjenigen mit der großen Kapazität kürzer. Das heißt, fallsTa die Zeit ist, die fürdas piezoelektrische BetätigungsgliedA (mit der KapazitätCa) zum Erreichen des Versatzes x erforderlich ist, und Tb die Zeitist, die fürdas piezoelektrische BetätigungsgliedB (mit der KapazitätCb) zum Erreichen des Versatzes x erforderlich ist, Ta kleiner alsTb ist (Ta < Tb).Mit der Änderung derKapazitätwird die Ladungseinspritzgeschwindigkeit verändert, weshalb unterschiedliche Übergangseigenschaftenerhalten werden, die zu dem Versatz führen.
    [0051] Fallsangenommen wird, dass die Kapazität desselben piezoelektrischenBetätigungsgliedsvon Ca nach Cb erhöhtwird, nachdem dieses einem thermischen Veränderungsverlauf unterzogenworden ist, würde diezum Erreichen des spezifizierten Versatzes x erforderliche Zeitzwischen dem Zeitpunkt vor dem thermischen Veränderungsverlauf und dem Zeitpunktnach dem thermischen Veränderungsverlaufverändert.Falls der Versatz x das Versatzausmaß ist, das zum Öffnen oderSchließeneines Kraftstoffeinspritzventils in der Kraftstoffeinspritzvorrichtungfür daspiezoelektrische Betätigungsgliederforderlich ist, würdeder Zeitveränderungsverlaufder Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von der Änderungin der Kapazitätverändertwerden.
    [0052] Somitkönnenfür daspiezoelektrische Betätigungsgliedgemäß der erstenAusgestaltung der Erfindung Variationen in der Kraftstoffeinspritzmengeder Kraftstoffeinspritzvorrichtung unterdrückt werden, wodurch eine präzise Steuerungder Kraftstoffeinspritzvorrichtung gewährleistet wird, da, wie esvorstehend beschrieben worden ist, das piezoelektrische Betätigungsglieddurch Verwendung des piezoelektrischen Betätigungsglieds gemäß der ersten Ausgestaltungder Erfindung als Antriebsquelle für den Injektor der Kraftstoffeinspritzvorrichtungin vorteilhafter Weise eine stabile Kapazität beibehalten kann, nachdemdieses einem thermischen Veränderungsverlaufunterzogen worden ist.
    [0053] Daherkönnenhervorragende Funktionen und Wirkungen wie Verringerung von Kraftstoffkosten,Verringerung von Abgasemissionen, Verbesserung des Maschinenwirkungsgradsusw. durch das piezoelektrische Betätigungsglied gemäß der vorliegendenErfindung erhalten werden.
    [0054] Gemäß der zweitenAusgestaltung der Erfindung wird eine piezoelektrische Keramik bereitgestellt,die dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem spezifizierten Bereichder elektrischen Feldstärkeund in dem spezifizierten Temperaturbereich ein Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstante vor und nach dem thermischen Veränderungsverlauf5 % oder weniger beträgt.Es sei bemerkt, dass der Bereich der elektrischen Feldstärke derBereich der elektrischen Feldstärkeist, der typischerweise bei einem Betätigungsglied bei Betrieb ineiner normalen Betriebsumgebung beaufschlagt wird, und dass derTemperaturbereich der Temperaturbereich ist, der typischerweisedurch ein piezoelektrisches Betätigungsgliedin einer normalen Betriebsumgebung angetroffen wird.
    [0055] Daherist es unwahrscheinlich, dass das piezoelektrische Betätigungsgliedmit piezoelektrischen Schichten, die aus piezoelektrischer Keramikgeformt sind, die ein Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstante von 5 oder weniger vor und nach dem thermischenVeränderungsverlaufin dem vorstehend beschriebenen Bereich der elektrischen Feldstärke unddem Temperaturbereich zeigen, Anlass zur Änderung der Eigenschaften aufgrunddes thermischen Veränderungsverlaufsin praktischer Verwendung geben.
    [0056] Fallsdemgegenüberdas Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstante größer als5,5 % ist, würdedas piezoelektrische Betätigungsgliedmit aus der vorstehend beschriebenen piezoelektrische Keramik geformtenpiezoelektrischen Schichten eine große Variation in den Übergangseigenschaftendes Versatzes zeigen, weshalb die Funktionen und Wirkungen der vorliegendenErfindung verloren gehen würden.Am meisten vorzuziehen ist es, dass das Änderungsverhältnis derelektrischen Kapazitätvor und nach dem thermischen Veränderungsverlauf0 % ist.
    [0057] Weiterhinist es vorzuziehen, dass das vorstehend beschriebene Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstante 5 % oder niedriger ist. Die Variation der Übergangseigenschaftendes Versatzes könnendadurch verringert werden, weshalb Funktionen und Wirkungen dervorliegenden Erfindung verbessert werden können.
    [0058] Darüber hinausist es weiter vorzuziehen, dass das vorstehend beschriebene Änderungsverhältnis in derdielektrischen Konstante 4,8 % oder niedriger ist. Die Variationder Übergangseigenschaftendes Versatzes könnendadurch weiter verringert werden, weshalb Funktionen und Wirkungender vorliegenden Erfindung weiter verbessert werden können.
    [0059] Inder piezoelektrischen Keramik gemäß der zweiten Ausgestaltungder Erfindung ist der dielektrische Verlust vorzugsweise 8,2 % oderniedriger. Wenn der dielektrische Verlust niedrig ist, kann dieErzeugung von Wärmewährenddes Betriebs des piezoelektrischen Betätigungsglieds mit aus der piezoelektrischenKeramik geformten piezoelektrischen Schichten unterdrückt werden.Falls der dielektrische Verlust größer als 8,2 % ist, wird dieWärmeerzeugungwährenddes Betriebs des piezoelektrischen Betätigungsglieds erhöht, weshalbdie Alterungsbeständigkeitdes piezoelektrischen Betätigungsgliedsverschlechtert werden kann.
    [0060] Weiterhinist es vorzuziehen, dass in der piezoelektrischen Keramik der elektrischeVerlust 8 oder niedriger ist. Mit diesem geringen dielektrischenVerlust kann die Erzeugung von Wärmewährenddes Betriebs des piezoelektrischen Betätigungsglieds unterdrückt werden,und könnendie Funktionen und Wirkungen der vorliegenden Erfindung noch verbessertwerden.
    [0061] Weiterhinist der dielektrische Verlust vorzugsweise 0,5 % oder größer. Fallsder dielektrische Verlust niedriger als 0,5 % ist, kann das Versatzverhalten,das das Grundverhalten piezoelektrischer Betätigungsglieder ist, zu einemgroßenAusmaß verschlechtertwerden.
    [0062] ZumErhalt von piezoelektrische Keramik mit dem Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstanten von 5,5 % oder niedriger, nachdem siedem thermischen Veränderungsverlaufunterzogen worden sind, ist es vorzuziehen, piezoelektrische Keramikzu verwenden, die durch Brennen eines piezoelektrischen Materialsmit der folgenden Formel erhalten wird PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y½Nb½)O3-Pb(Mn1-zWz)O3, wobei Pb teilweisedurch eines oder mehrere Elemente, die aus Ba, Ca und Sr ausgewählt sind,nach Hinzufügeneines Oxidhilfsstoffs, das sowohl Pb-Oxide als auch W-Oxide enthält, zu dempiezoelektrischen Material ersetzt wird.
    [0063] Dievorstehend beschriebene piezoelektrische Keramik ist eine Verbindungmit der Perovskit-Struktur mit der folgenden Zusammensetzung: PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y½Nb½)O3-Pb(Mn1-zWZ)O3,wobei Pb teilweise durch andere Elemente (Ba, Ca, Sr) ersetzt wird.
    [0064] AlsErgebnis des Ersetzens von Pb durch Ba, Ca oder Sr wird eine starkeBeanspruchung (Dehnung) in das Perovskit-Kristallgitter eingeführt, umzu ermöglichen,dass die Perovskit-Verbindung einen stärkeren piezoelektrischen Effektzeigt. Daher kann das piezoelektrische Betätigungsglied mit den aus dervorstehend beschriebenen piezoelektrischen Keramik geformten piezoelektrischenSchichten ein großesVersatzausmaß zeigen.
    [0065] Wenndas Verhältnisdes Donatorelements W zu dem Akzeptorelement Mn in einem geeignetenBereich eingestellt ist, kann die Menge der in dem Kristallgitterdes piezoelektrischen Materials erzeugten Sauerstoffdefekte verringertwerden, so dass eine Änderungder dielektrischen Konstante mit der Zeit verhindert werden kann.
    [0066] Weiterhinkann durch Verwendung des Oxidhilfsstoffs die Brenntemperatur despiezoelektrischen Materials verringert werden, so dass ein kostengünstigeresElektrodenmaterial (beispielsweise eine Ag-Pd-Legierung mit 10 Gew.-%oder weniger Kupfer, Ag, Pd) zur Herstellung des piezoelektrischenBetätigungsgliedsverwendet werden kann. Somit kann ein piezoelektrisches Betätigungsgliedbei geringeren Kosten erhalten werden.
    [0067] Weiterhinkann in der vorstehend beschriebenen Formel, falls z kleiner als0,25 ist, eine Änderungder dielektrischen Konstante mit der Zeit groß werden, und falls z größer als0,4 ist, kann das Versatzverhalten der piezoelektrischen Keramikverschlechtert werden.
    [0068] Zusätzlich istdie Additionsmenge des Oxidhilfsstoffs vorzugsweise in dem Bereichvon 0,05 bis 5 Gew.-% (externes Gewichtsprozent) relativ zu 100Gew.-% des piezoelektrischen Materials. Falls diese Menge geringerals 0,05 Gew.-% ist, kann die Verringerungswirkung auf die Brenntemperaturnicht erzielt werden. Falls demgegenüber diese Menge größer als5 Gew.-% ist, kann das Versatzverhalten der piezoelektrischen Keramikverschlechtert werden, da der Oxidhilfsstoff, der nicht zu dem Versatzverhaltenbeiträgt,in dem piezoelektrischen Material erhöht wird.
    [0069] DerOxidhilfsstoff, der sowohl Pb-Oxide als auch W-Oxide enthält, enthält eineMischung von Pb-Oxiden und W-Oxiden,oder ein komplexes Oxid aus Pb und W.
    [0070] Genauerwerden vorteilhafterweise ein Oxidhilfsstoff, der aus Pb-Oxidenund W-Oxiden besteht, ein Oxidhilfsstoff, der aus einem komplexenOxid von Pb und W besteht, ein Oxidhilfsstoff, der aus Pb-Oxidenund einem komplexen Oxid aus Pb und W besteht, ein Oxidhilfsstoff,der aus W-Oxidenund einem komplexen Oxid aus Pb und W besteht, und ein Oxidhilfsstoff,der aus Pb-Oxiden, W-Oxiden und einem komplexen Oxid aus Pb undW besteht, als der Oxidhilfsstoff bei der Umsetzung der vorliegendenErfindung verwendet.
    [0071] Nachstehendsind Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf diebeiliegende Zeichnung beschrieben.
    [0072] Einpiezoelektrisches Betätigungsgliedgemäß diesemBeispiel besteht aus einem geschichteten piezoelektrischen Elementmit aus piezoelektrischer Keramik geformten piezoelektrischen Schichtenund internen Elektrodenschichten, die abwechselnd geschichtet sind.
    [0073] Indem piezoelektrischen Betätigungsgliedist, falls C1 dessen Kapazitätunter einer elektrischen Feldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beieiner beliebigen Temperatur T1 ist, und C2 dessen Kapazität untereiner elektrischen Feldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beieiner beliebigen Temperatur T2 unmittelbar nach einem thermischenVeränderungsverlaufauf einer Temperatur T2 ist, die sich von T1 um 100°C oder mehrunterscheidet, ein Änderungsverhältnis derKapazitätvon C1 zu C2 5,5 % oder niedriger, wobei gilt: –40°C ≤ T1 < T2 ≤ 200°C. Weiterhinist der dielektrische Verlust des piezoelektrischen Betätigungsglieds8,2 % oder geringer.
    [0074] Weiterhinwerden in dem piezoelektrischen Betätigungsglied dessen piezoelektrischeSchichten aus piezoelektrischer Keramik geformt, die durch Brenneneines piezoelektrischen Materials mit der Formel erhalten werden:PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y½ZNb½)O3-Pb(Mn1-zWZ)O3, mit 0,25 ≤ z ≤ 0,40, wobeiPb teilweise durch eines oder mehrere aus Ba, Ca und Sr ausgewählten Elementennach Hinzufügungvon Oxidhilfsstoffen, die sowohl Pb-Oxide als auch W- Oxide enthalten,zu dem piezoelektrischen Material ersetzt wird.
    [0075] Daspiezoelektrische Betätigungsgliedgemäß diesemBeispiel kann als Antriebsquelle für einen Injektor in einer Brennstoffeinspritzvorrichtungverwendet werden.
    [0076] Daspiezoelektrische Betätigungsgliedgemäß diesemBeispiel ist nachstehend ausführlichbeschrieben.
    [0077] Wiees in 2 gezeigt ist,besteht das piezoelektrische Betätigungsglied 1 auseiner Schichtungseinheit 11, die durch Bonden (Kleben)oder Verbinden von insgesamt 20 Einheiten von piezoelektrischenElementeinheiten 15 miteinander aufgebaut ist.
    [0078] Jedepiezoelektrische Elementeinheit 15 weist abwechselnde piezoelektrischeSchichten 151, die aus einer durch die vorstehend beschriebeneFormel wiedergegebenen piezoelektrischen Keramik geformt sind, undinternen Elektrodenschichten 153, 154 auf, dieaus Ag und Pd bestehen. Obwohl an dieser Stelle zur vereinfachtenDarstellung nicht ausführlichgezeigt, beträgtdie Schichtanzahl der piezoelektrischen Schichten 151,die in jeder piezoelektrischen Elementeinheit 15 aktivals piezoelektrische Elemente sind, 20.
    [0079] Wiees in 3 und 4 gezeigt ist, sind die internenElektrodenschichten 153, 154 derart geformt, dass sielediglich eine Seite der piezoelektrischen Schichten 151 erreichen.Externe Elektroden 5, 6, die aus Ag geformt sindund mit externen Energieversorgungen auf einem unterschiedlichenelektrischen Potential verbunden sind, sind an den Seiten der piezoelektrischenElementeinheit 15 vorgesehen, so dass sie die Einheit 15 sandwichartigumgeben. Die internen Elektrodenschichten 153, 154 sindelektrisch mit den vorstehend beschriebenen externen Elektroden 5, 6 abwechselndin der Schichtungsrichtung verbunden. Somit sind in dem piezoelektrischenBetätigungsglied 1 zweibenachbarte interne Elektrodenschichten 153, 154 mitElektroden auf unterschiedlichem elektrischen Potential verbunden.
    [0080] Wiees in 2 gezeigt ist,weist das piezoelektrische Betätigungsglied 1 gemäß diesemBeispiel ein Verbindungsteil 4 auf, das aus Aluminiumoxidmit einem Young'schenModul, das größer alsdasjenige der piezoelektrischen Elementeinheit 15 ist,an jedem äußeren Endabschnittder Schichteinheit 11 in der Schichtungsrichtung geformtist. Eine Puffereinheit 2 mit einem Versatzausmaß, das geringerals dasjenige der piezoelektrischen Elementeinheit 15 ist,und eine Pseudoeinheit 3 mit einem Young'schen Modul, daskleiner als dasjenige des Verbindungsteils 4 ist, sindzwischen der Schichteinheit 11 und dem Verbindungsteil 4 zwischen geordnet.Die Puffereinheit 2 und die Pseudoeinheit 3 sindaus denselben piezoelektrischen Keramiken wie die piezoelektrischenSchichten 151 der piezoelektrischen Elementeinheit 15 geformt.
    [0081] Wiees in 2 gezeigt ist,weist die Puffereinheit 2 piezoelektrische Sichten 251 undinterne Elektrodenschichten 253, 254 auf. An derSeite, die näheran die Schichteinheit 11 liegt, ist die Dicke der piezoelektrischenSchichten 251 im Wesentlichen dieselbe wie diejenige derpiezoelektrischen Schichten 151 in der piezoelektrischenElementeinheit 15, und auf der Seite, die näher an demVerbindungsteil 4 liegt, sind die Dicken der piezoelektrischenSchichten 251 größer alsdiejenigen der piezoelektrischen Schichten 251. Wie inder vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Elementeinheit 15 sinddie externen Elektroden 5, 6 jeweils mit den internenElektroden 253, 254 derart verbunden, dass siedie Puffereinheit 2 an beiden Seiten davon sandwichartigumgeben.
    [0082] DiePseudoeinheit 3 ist durch Schichten der piezoelektrischenSchichten ähnlichwie bei den piezoelektrischen Schichten 151 und den piezoelektrischenSchichten 251 aufgebaut, wobei keine internen Elektrodenschichtenund keine externen Elektroden 5, 6 zum sandwichartigenUmgeben an beiden Seiten vorgesehen sind. Somit ist die Pseudoeinheitan einer Stelle positioniert, die während des Betriebs des piezoelektrischenBetätigungsglieds 1 nichtangetrieben wird.
    [0083] Nachstehendist ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 gemäß diesemBeispiel beschrieben.
    [0084] Daspiezoelektrische Betätigungsglied 1 kannmittels des allgemein angewendeten Ausgangsmaterialverfahrens (greensheet method) hergestellt werden. Das Ausgangsmaterial (green sheet)wird wie nachstehend beschrieben vorbereitet.
    [0085] UnterVerwendung eines bekannten Verfahrens werden Pulver aus einem Hauptrohmaterialder piezoelektrischen Keramiken, das heißt Bleioxid-, Zirkonoxid-,Titanoxid-, Niob-Oxid-, Strontiumkarbonat-Pulver usw. der gewogen,dass eine gewünschteZusammensetzung der piezoelektrischen Keramik erhalten wird. Im Hinblickauf die Verdampfung von Blei wird das Wiegen derart durchgeführt, dass1 bis 2 % mehr Blei in der resultierenden Mischung der Pulver erhaltenwird. Nachdem die Mischung fürdas Rohmaterial nass vermengt wird, wird eine Kalzinierung bei 750bis 950°Czum Erhalt kalzinierter Pulver durchgeführt.
    [0086] Demgegenüber werdenBleioxid- und Wolframoxid-Pulver als Rohmaterial des Oxidhilfsstoffsderart gewogen, dass die gewünschteZusammensetzung des Oxidhilfsstoffs erhalten wird. Nachdem diesePulver nass vermengt worden sind, wird eine Kalzinierung bei 500°C durchgeführt. Nachdemdie kalzinierten Pulver nass pulverisiert worden sind und getrocknetworden sind, werden die getrockneten Pulver als Oxidhilfsstoff verwendet.
    [0087] Danachwird aufbereitetes Wasser (destilliertes Wasser) zu den kalziniertenPulvern hinzugefügtwerden, um eine Aufschlämmungzu erhalten, die dann unter Verwendung einer Mittel-Rührmühle (mediumstirring mill) nass pulverisiert wird. Nachdem das pulverisierteProdukt getrocknet und entfettet worden ist, wird ein Lösungsmittel,der in dem vorstehend beschriebenen Schritt vorbereitete Oxidhilfsstoff,ein Bindemittel, ein Weichmacher, ein Dispersionsmittel usw. zudem Produkt hinzugefügtund unter Verwendung einer Kugelmühle gemischt. Danach wird dieAufschlämmungmit einem Rührerin einem Unterdruckgerät(Vakuumgerät)aufgerührt,damit sie in ein Vakuum (Unterdruck) entgast und die Viskosität gesteuertwird.
    [0088] Dannwird unter Verwendung eines Abstreifmessergeräts die Aufschlämmung inein Ausgangsmaterial (green sheet) mit einer vorbestimmten Dickegeformt. Dieses Ausgangsmaterial wird mit einer Stanze gestanzt odermit einem Messer geschnitten, damit es in einem rechteckigen Körper miteiner vorbestimmten Größe geformtwird.
    [0089] Dannwird unter Verwendung einer Silber- und Palladiumpaste in dem Verhältnis vonSilber : Palladium = 7:3 beispielsweise (die nachstehend als "Ag/Pd-Paste" bezeichnet ist)ein Muster durch Siebdruck auf einer Oberfläche des geformten Ausgangsmaterialsgeformt.
    [0090] UnterVerwendung der vorstehend beschriebenen Ag/Pd-Paste wird ein Musterauf im Wesentlichen der gesamten Oberfläche des Ausgangsmaterials geformt,jedoch als ein Muster mit einer etwas geringeren Größe (vgl. 3). Dieses kann als gedruckterAbschnitt fürdie Bildung der internen Elektrodenschicht 153 (154)agieren. Der gedruckte Abschnitt für die interne Elektrodenschicht 153 (154)wird nicht an eine der gegenüberliegendenKanten der Oberflächedes Ausgangsmaterials geformt. Somit wird ein Muster derart geformt,dass die interne Elektrodenschicht 153 (154) eineder gegenüberliegendenKanten des Ausgangsmaterials (entsprechend den Seiten des piezoelektrischenBetätigungsglieds)nicht erreicht, und die interne Elektrodenschicht 153 (154)erreicht lediglich die andere der gegenüberliegenden Kanten.
    [0091] DieAusgangsmaterialien mit den darauf ausgebildeten gedruckten Abschnittfür dieinterne Elektrodenschicht 153 werden in vorbestimmten Anzahlen,die fürdie Schichtung erforderlich sind, in Abhängigkeit von der erforderlichenSpezifikation des Versatzausmaßesder Schichteinheit 11 und der Puffereinheit 2 vorbereitet.Die Ausgangsmaterialien ohne gedruckten Abschnitt für die interneElektrodenschicht 153 (154) werden ebenfalls inden erforderlichen Anzahlen vorbereitet.
    [0092] Dannwerden diese Ausgangsmaterialien derart geschichtet, dass das in 2 gezeigte piezoelektrischeEinheitselement 15 erhalten wird.
    [0093] Aufdiese Weise werden 21 Ausgangsmaterialien mit dem daraufausgebildeten gedruckten Abschnitt für die interne Elektrodenschicht 153 (154)geschichtet, und darauf werden Ausgangsmaterialien ohne darauf ausgebildetengedruckten Abschnitt sowohl oberhalb als auch unterhalb überlagert,um eine aus insgesamt 30 Ausgangsmaterialienn bestehendeSchichtung zu erhalten.
    [0094] Dannwird die resultierende Schichtung heißdruckgebondet, in einem elektrischenOfen bei einer Temperatur von 400 bis 700°C entfettet, bei einer Temperaturvon 900 bis 1000°Cgebrannt und dann zum Erhalt einer gewünschten Form geschliffen. Aufdiese Weise werden die Ausgangsmaterialien in piezoelektrische Schichten 151 geformt,und eine piezoelektrische Elementeinheit 15, die aus einerabwechselnden Schichtung von piezoelektrischen Schichten 151 undinternen Elektrodenschichten 153, 154 besteht,wird auf diese Weise erhalten. Diese piezoelektrische Elementeinheit 15 weist20 piezoelektrische Schichten auf, die als piezoelektrisches Elementaktiv sind. Weiterhin werden entsprechend der vorstehend beschriebenenWeise 20 piezoelektrische Elementeinheiten 15 vorbereitet.
    [0095] Danachwird eine Schichtung füreine Puffereinheit 2 durch Schichten von 19 Ausgangsmaterialienmit einem darauf ausgebildeten gedruckten Abschnitt für die interneElektrodenschicht vorbereitet, die ähnlich zu denjenigen sind,die zur Vorbereitung der vorstehend beschriebenen piezoelektrischenElementeinheit 15 sind. In dieser Schichtung für die Puffereinheit 2 werdennach Zusammenbau des vorstehend beschriebenen piezoelektrischenBetätigungsglieds 1 für die zweiSchichten, die auf der Seite des Verbindungsteils 4 gedachtsind, zwei Ausgangsmaterialien ohne darauf ausgebildeter internerElektrode derart zwischengelegt, dass die Schichtdicke auf der Seitedes Verbindungsteils 4 doppelt so groß wie diejenige der piezoelektrischenSchichten 153 (154) der piezoelektrischen Elementeinheitist.
    [0096] Weiterhinwerden Ausgangsmaterialien ohne darauf ausgebildete interne Elektrodenschichtals die äußerstenSchichten auf der Seite des Verbindungsteils 4 überlagert.
    [0097] Dannwird die Schichtung fürdie Puffereinheit heißdruckgebondet,entfettet und dann gebrannt, um eine Puffereinheit 2 entsprechendder vorstehend beschriebenen Weise zu erhalten.
    [0098] Danachwerden 20 Ausgangsmaterialien ohne darauf ausgebildeteninternen Elektrodenschicht geschichtet, um eine Schichtung für die Pseudoeinheitzu erhalten. Dann wird die Schichtung für die Pseudoeinheit heißdruckgebondet,entfettet und dann gebrannt, um die Pseudoeinheit 3 entsprechendder vorstehend beschriebenen Weise zu erhalten.
    [0099] Dannwird das Verbindungsteil 4 durch Verarbeitung eines gesintertenAluminiumoxidblocks in eine gewünschteForm vorbereitet.
    [0100] Dannwerden die piezoelektrische Elementeinheit 15, die Puffereinheit 2,die Pseudoeinheit 3 und das Verbindungsteil 4 gestapelt,um ein piezoelektrisches Element 1 zu erhalten. Die Schrittesind wie folgt.
    [0101] Zunächst werdenexterne Elektroden 5, 6, die aus Ag bestehen,durch Brennen geformt, währenddiese an den Seiten der piezoelektrischen Elementeinheit 15 undder Puffereinheit 2 derart aufgelegt werden, dass dieseEinheiten dazwischen sandwichartig angeordnet sind.
    [0102] Dieexterne Elektrode 5 wird in der piezoelektrischen Elementeinheit 15 undder Puffereinheit 2 an der Position geformt, wo die internenElektrodenschichten 153 oder die internen Elektrodenschichten 253 derart freiliegen, dass sie in leitendem Kontakt mit jeder internen Elektrodenschicht 153 oderinternen Elektrodenschicht 253 stehen.
    [0103] Dieexterne Elektrode 6 wird in der piezoelektrischen Elementeinheit 15 undder Puffereinheit 2 an der Position geformt, an der dieinternen Elektrodenschichten 154 oder die internen Elektrodenschichten 254 derartfrei liegen, dass sie im leitenden Kontakt mit jeder internen Elektrodenschicht 154 oderinternen Elektrodenschicht 254 stehen.
    [0104] Dannwird eine Polarisation durch Anlegen einer Gleichspannung aus denexternen Elektroden 5 und 6 an die internen Elektrodenschichten 153, 154 derpiezoelektrischen Elementeinheit 15 und den internen Elektrodenschichten 253, 254 derPuffereinheit 2 mit den darauf ausgebildeten externen Elektroden 5, 6 bewirkt.
    [0105] Daraufhinwerden, wie es in 2 gezeigtist, 20 Einheiten der piezoelektrischen Elementeinheit 15, diewie vorstehend beschrieben polarisiert worden sind, durch ihre Verbindungsoberflächen gestapelt,und die Puffereinheiten 2 werden an beiden Enden gestapelt.Weiterhin werden die Pseudoeinheiten 3 an beiden Endengestapelt, und dann werden die Verbindungsteile 4 an beidenEnden gestapelt.
    [0106] Aufdiese Weise wird ein piezoelektrisches Betätigungsglied gemäß 2 bis 4 vorbereitet. Eine Untersuchung diesespiezoelektrischen Betätigungsgliedsist nachstehend in dem folgenden Beispiel 2 beschrieben.
    [0107] Gemäß diesemBeispiel wurden piezoelektrische Betätigungsglieder, wie sie inBeispiel 1 beschrieben sind, unter Verwendung piezoelektrischerMaterialien der in Tabelle 1 beschriebenen Muster 1 bis 8 vorbereitet, unddas Verhalten der Betätigungsgliederwurde untersucht.
    [0108] Diepiezoelektrische Schicht der piezoelektrischen Betätigungsgliederbesteht aus piezoelektrischer Keramik: (P0,91Sr0,045Ba0,045)1,001(Zr0,526Ti0,474)0,99-x(Y½Nb½)0,01 (Mn1-zWz)xO3,001 zudenen der Oxidhilfsstoff: 0,835PbO · 0.165WO3 ineinem Ausmaß von0,5 Gew.-% (externes Gewichtsprozent) relativ zu 100 Gew.-% derpiezoelektrischen Keramiken gemischt wurde. Werte für X undZ sind wie in Tabelle 1 gezeigt.
    [0109] Nachstehendist ein Verfahren zur Messung der Kapazität des piezoelektrischen Betätigungsgliedsbeschrieben.
    [0110] EineMessschaltung 7, wie sie in 5 gezeigtist, wird bereitgestellt. Bei der Verwendung dieser Messschaltung 7 wirdvorab zugeordnet, dass Cp eine Kapazität des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 ist, Coeine Kapazitäteines in Reihe mit dem piezoelektrischen Betätigungsglied 1 inder Messschaltung 7 geschalteten Kondensators 73 ist,Vin eine an das piezoelektrische Betätigungsglied 1 angelegteSpannung ist, die gleich einer Potentialdifferenz zwischen einemEingangsanschluss 712 und einem Masseanschluss 711 ist, undVout eine Potentialdifferenz zwischen einem Anschluss 731 undeinem Masseanschluss 732 ist, die an beiden Enden des Kondensators 73 angeschlossensind.
    [0111] Weiterhinwird zugeordnet, dass Spannungen Vin(EIN) und Vout(EIN) sind, wenneine Spannung zwischen dem Anschluss und dem Masseanschluss 711 angelegtist, und Spannungen Vin(AUS) und Vout(AUS) sind, wenn keine Spannungzwischen dem Anschluss 712 und dem Masseanschluss 711 angelegtwird. Dann gilt die folgende Beziehung zwischen der Kapazität und denPotentialdifferenzen. Cp = Co × {Vout(EIN) – Vout(AUS)}/[Vin (EIN) -{Vout(EIN) – Vout(AUS)}]
    [0112] Weiterhinwird das piezoelektrische Betätigungsglied 1 durchAnlegen der Spannung von 150 V (= Vin(EIN)) betrieben, um die elektrischeFeldstärkevon 1,8 kV/mm zu erhalten, währenddas piezoelektrische Betätigungsglied 1 andie Messschaltung 7 angeschlossen ist und in einem thermostatischenOfen platziert ist, um bei einer Temperatur von 25°C gehaltenzu werden. Die Kapazitätwird unter diesen Bedingungen gemessen.
    [0113] Dannwird, währenddie positiven und negativen Pole des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 kurz geschlossenwerden, ein thermischer Veränderungsverlaufdem piezoelektrischen Betätigungsglied 1 beaufschlagt,indem es auf eine Temperatur von 160°C erhitzt wird, dieselbe Temperaturfür 30Minuten beibehalten wird und dann das Betätigungsglied auf die Temperaturvon 25°Cabgekühltwird. Dann wird, wie es vor dem thermischen Veränderungsverlauf durchgeführt wurde,eine Spannung von 150 V (= Vin(EIN)) an das piezoelektrische Betätigungsglied 1 angelegt,und die Kapazitätwurde unter diesen Bedingungen gemessen.
    [0114] Dieresultierenden Werte der Kapazitätvor und nach dem thermischen Veränderungsverlaufwerden in die Gleichung eingeführt:[{Kapazitätnach dem thermischen Veränderungsverlauf(25°C) – Kapazität vor demthermischen Veränderungsverlauf(25°C)}/Kapazität vor demthermischen Veränderungsverlauf(25°C)]× 100, umein Änderungsverhältnis derKapazitätzu erhalten. Berechnete Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
    [0115] Danachwird der dielektrische Verlust anhand der P-E-Hysterese (Ladungs-Spannungs-Hysterese) despiezoelektrischen Betätigungsglieds 1 berechnet,um die Beziehung zwischen dem elektrischen Verlust und dem Anstiegder Temperatur aufgrund der Wärmeerzeugungdes piezoelektrischen Betätigungsgliedszu bestimmen.
    [0116] DieP-E-Hysterese wird wie nachstehend beschrieben erhalten.
    [0117] EineMessungsanordnung 8, wie sie in 6 gezeigt ist, wird bereitgestellt. DieMessungsanordnung 8 weist zwei Führungspole 82, dieaufrecht auf einer Bühne 81 vorgesehensind. Ein Brückenabschnitt 83 ist aufden Führungspfosten 82 angeordnet,und ein Pressabschnitt (Druckabschnitt) 86 mit einer Pressplatte 841 istan der Mitte des Brückenabschnitts 83 vorgesehen.Das piezoelektrische Betätigungsglied 1 wirdderart positioniert, dass es zwischen der Pressplatte 841 undder Bühne 81 sandwichartigeingeschlossen ist. Eine Vorlast (vorab eingestellte Last) von 10MPa wird dem Betätigungsglied 1 durchdie Pressplatte 841 unter. Verwendung einer konische Tellerfeder(cone disk spring) 85 beaufschlagt, die zwischen der Pressplatte 841 und demBrückenabschnitt 83 angeordnetist.
    [0118] Indiesem Zustand wird eine Sinusspannung mit einer Frequenz von 100Hz und einer elektrischen Feldstärkevon 0 bis 1,5 kV/mm an das piezoelektrische Betätigungsglied 1 angelegt,um die in 7 gezeigte Hysteresekurvezu erhalten. In 7 stelltdie horizontale Achse E: elektrisches Feld (V/mm) dar, und stelltdie vertikale Achse P: integrierter Wert des Stroms (Ladungsdichte)(C/mm2) dar. Die Ortskurve von P ist mitlangsamer Erhöhungder angelegten Spannung in Richtung der Polarisation darauffolgendeslangsames Verringern aufgetragen. Wie es in dem Graphen gezeigtist, ist die Flächedes durch die erhaltene Hysteresekurve eingeschlossenen Abschnittsdurch S1 angegeben.
    [0119] Wiees in 8 gezeigt ist,ist eine FlächeS2 eines Dreiecks durch ein Liniensegment, das den Ursprung 0 miteinem Punkt Q, der den maximalen Wert von P wiedergibt, ein Liniensegment,das vertikal von dem Punkt Q zu der horizontalen Achse sich erstreckt,und ein Liniensegment der horizontalen Achse geformt ist. Aus diesenWerten kann der dielektrische Verlust berechnet werden. Das heißt, dassder dielektrische Verlust (%) als S1/S2/(2π)×100 berechnet werden kann.
    [0120] Derauf diese Weise erhaltene dielektrische Verlust ermöglicht imVergleich zu dem dielektrischen Verlust, der bei 1 V unter Verwendungeines herkömmlichenImpedanzanalysators gemessen wird, die Einschätzung des dielektrischen Verlusts,der im tatsächlichenBetrieb des piezoelektrischen Betätigungsglieds erzeugt wird.
    [0121] Derdurch dieses Verfahren erhaltene dielektrische Verlust ist in derTabelle 1 gezeigt.
    [0122] Nachstehendist ein Verfahren zur Messung der Übergangseigenschaften (Transientencharakteristiken)im Versatz beschrieben.
    [0123] Esgibt eine Korrelation zwischen dem Ansprechen (der Antwort) einespiezoelektrischen Betätigungsgliedsund dem Ansprechen (der Antwort) eines Injektors, der das piezoelektrischeBetätigungsgliedals Antriebsquelle verwendet.
    [0124] Beispielsweisewird, falls die Veränderlichkeitder Versatzübergangseigenschaftenklein ist, die Ausdehnungsrate des piezoelektrischen Betätigungsglieds,das heißt,die Ausdehnungsrate der piezoelektrischen Schichten bei Anlegender Spannung im Wesentlichen konstant. Falls die Ausdehnungsrateeines piezoelektrischen Betätigungsgliedskonstant ist, wird der Kraftstoffeinspritzzeitverlauf (Kraftstoffeinspritzzeitpunkt) durcheinen Injektor weder zu frühnoch zu spätsein, und wird konstant sein, so dass eine Variation der eingespritztenKraftstoffmenge verhindert werden kann, weshalb der Verbrennungszustandder Brennkraftmaschine präzisergesteuert werden kann.
    [0125] Anhandder vorstehend beschriebenen Gesichtspunkte wird eine Änderung(Veränderlichkeit)der Übergangseigenschaftenvor und nach einem thermischen Veränderungsverlauf von 160°C für ein piezoelektrischesBetätigungsgliedmit den piezoelektrischen Keramiken jedes Musters bei 25°C unter Verwendungder zugeführtenEnergie von 80 mJ untersucht, und das Ergebnis ist in Tabelle 1gezeigt.
    [0126] Einpiezoelektrisches Betätigungsgliedwird in die Anordnung 8 wie in 6 gezeigt gesetzt, und eine Vorlast (vorabeingestellte Last) von 10 MPa wird dem Betätigungsglied beaufschlagt.Eine Steuerungsschaltung zur Steuerung des piezoelektrischen Betätigungsgliedswird angeschlossen, und das piezoelektrische Betätigungsglied wird einer Ausdehnungund Zusammenziehung durch Wiederholen von Aufladen und Entladenbei 5 Hz ausgesetzt. Ein (nicht gezeigter) Lückensensor der elektrostatischenKapazitätsbauartwird auf einem Kopf 86 positioniert, um das Verhalten desVersatzprozesses des piezoelektrischen Betätigungsglieds beim Aufladen(Verhalten des Versatzes im Veränderungsverlaufeder Zeit) mittels eines digitalen Oszilloskops zu messen.
    [0127] UnterBezugnahme auf Tabelle 1 bedeutet in der Spalte "Versatzübergangseigenschaften" von Tabelle 1 Xein Zustand, in dem die Versatzübergangseigenschafteneine große Änderungnach dem thermalen Veränderungsverlaufzeigen, und bei Verwendung in einem Injektor zum Kraftstoff Einspritzenkann das piezoelektrische BetätigungsgliedVariationen in der eingespritzten Kraftstoffmenge bewirken. 0 bedeuteteinen Zustand, in dem die Versatzübergangseigenschaften einekleine Änderungnach dem thermischen Veränderungsverlaufzeigen und bei Verwendung in einem Injektor zur Kraftstoffeinspritzungkann das piezoelektrische Betätigungsgliednur geringe Variationen in der eingespritzten Kraftstoffmenge bewirken,was keine Probleme bewirkt.
    [0128] Wiees aus der Tabelle 1 hervorgeht, zeigen die Muster 1 und 2 ein Änderungsverhältnis inder Kapazität,das deutlich über5,5 % liegt. Die Variation der Versatzübergangseigenschaften ist groß und wirddurch X fürdas piezoelektrische Betätigungsgliedmit jeweils diesen zwei Mustern angegeben. Das Muster 3 zeigt einKapazitätsänderungsverhältnis von5,5 %, und die Variation der Versatzübergangseigenschaften ist durch Oangegeben. Die Muster 4 bis 8 zeigen ein Kapazitätsänderungsverhältnis von4,8 & oder weniger,und die Variation der Versatzübergangseigenschaftenist gering und durch
    [0129] Wiees aus Tabelle 1 hervorgeht, ist, je kleiner das Kapazitätsänderungsverhältnis ist,umso größer der elektrischeVerlust.
    [0130] Somitwird in Bezug auf die Muster 5 bis 8, die einKapazitätsänderungsverhältnis von1 % oder weniger zeigen, ein piezoelektrisches Betätigungsgliedbei 200 Hz mit einer zugeführtenEnergie von 80 mJ bei 120°Cbetrieben, und die Temperatur nach der Stabilisierung wird zum Erhaltder in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse gemessen.
    [0131] Tabelle2 zeigt, dass das unter Verwendung des Musters 5 aufgebautepiezoelektrische Betätigungsglied,das den geringsten dielektrischen Verlust zeigte, ebenfalls diegeringste Temperatur nach der Stabilisierung zeigt, und eine exzellenteAlterungsbeständigkeitaufweist.
    [0132] UnterBezug auf die Spalte "Alterungsbeständigkeit" in Tabelle 2 gibtX einen Zustand an, in dem ein piezoelektrisches Betätigungsglieddurch die Erzeugung von Wärmeverschlechtert wird, wobei das Versatzverhalten und die mechanischeFestigkeit sich verschlechtern, O gibt einen Zustand an, in demZeichen einer Verschlechterung im Versatzverhalten und mechanischerFestigkeit gesehen werden (wobei dies jedoch im Betrieb des piezoelektrischenBetätigungsgliedskein Problem darstellt), und
    [0133] Beidem Muster 8, bei dem der dielektrische Verlust größer als8,2 % ist, überschreitetdie Temperatur des piezoelektrischen Betätigungsglieds 150°C aufgrundder Erzeugung von Wärme,woraus Probleme wie eine Verschlechterung des Versatzverhaltensund der mechanischen Festigkeit und eine Kapazitätsänderung resultieren.
    [0134] Beidem Muster 7, bei dem der dielektrische Verlust 8,2 % beträgt, können Anzeicheneiner Verschlechterung des Versatzverhaltens und der mechanischenFestigkeit beobachtet werden. Bei den Mustern 5 und 6,bei denen der dielektrische Verlust 7,8 % oder weniger beträgt, wird keineoder nur eine geringe Änderungim Versatzverhalten und der mechanischen Festigkeit beobachtet.
    [0135] Somitkann, wenn C1 die Kapazitätunter einer elektrischen Feldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer bei einerbeliebigen Temperatur T1 ist, und C2 eine Kapazität untereiner elektrischen Feldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beieiner Temperatur T1 unmittelbar nach einem thermischen Veränderungsverlaufbei einer Temperatur T2 ist, die sich von T1 um 100°C oder mehrunterscheidet, falls ein Kapazitätsänderungsverhältnis von C1zu C2 5,5 oder niedriger beträgt(wobei gilt: –40°C ≤ T1 < T2 ≤ 200°C), ein piezoelektrischesBetätigungsgliedmit stabiler Kapazitäterhalten werden. Falls dieses Änderungsverhältnis 4,8% oder niedriger ist, kann ein piezoelektrisches Betätigungsgliedmit einem noch besseren Verhalten erhalten werden.
    [0136] Miteiner stabilen Kapazitätwird eine Variation der Versatzübergangseigenschaftenverringert, und eine Ausdehnungsrate der piezoelektrischen Schichten,d. h. eine Ausdehnungsrate des piezoelektrischen Betätigungsgliedsbei Anlegen einer Spannung wird im Wesentlichen konstant.
    [0137] Zusätzlich kann,falls der dielektrische Verlust auf 8,2 % oder niedriger verringertwerden kann, die Erzeugung von Wärmeverhindert werden und kann der Temperaturanstieg eines piezoelektrischenBetätigungsgliedsunterdrücktwerden, so dass ein piezoelektrisches Betätigungsglied mit hervorragenderAlterungsbeständigkeiterhalten werden kann. Falls der dielektrische Verlust weiter auf7,8 % oder weniger verringert werden kann, kann ein piezoelektrisches Betätigungsgliedmit einem noch besseren Verhalten erhalten werden.
    [0138] Wiees vorstehend beschrieben worden ist, kann gemäß den Beispielen ein piezoelektrischesBetätigungsgliederhalten werden, das stabile Eigenschaften aufweist, die nicht durcheinen thermischen Veränderungsverlaufbeeinträchtigtwerden. Tabelle1
    [0139] DiesesBeispiel soll einen Injektor beschreiben, bei dem das piezoelektrischeBetätigungsgliedgemäß Beispiel1 als Antriebsquelle eingebaut ist.
    [0140] Wiees in 9 gezeigt ist,ist ein Injektor 9 bei einem Common-Rail-Einspritzsystemin einer Dieselbrennkraftmaschine angewendet. Wie es veranschaulichtist, weist der Injektor 9 ein oberes Gehäuse 92,das das vorstehend beschriebene piezoelektrische Betätigungsglied 1 alsAntriebsquelle enthält,und ein unteres Gehäuse 93 auf,das an dem unteren Ende des oberen Gehäuses 92 befestigtist und einen darin geformten Einspritzdüsenabschnitt 94 aufweist.
    [0141] Dasobere Gehäuse 92 weisteine im Wesentlichen zylindrische Form auf, und das piezoelektrische Betätigungsglied 1 istin eine Längsbohrung 921,die von der Mittenachse abweicht, eingesetzt und befestigt. EinHochdruckkraftstoffdurchlass 922 ist parallel mit und ander Seite der Längsbohrung 921 vorgesehen,wobei der obere Endabschnitt überein Kraftstoffeinlassrohr 923, das an der oberen seitlichenPosition des oberen Gehäuses 92 vorspringt,zu einem (nicht gezeigten) Common-Rail führt.
    [0142] Außerdem istauf dem oberen seitlichen Abschnitt des oberen Gehäuses 92 einKraftstoffauslassrohr 925, das zu einem Ablaufdurchlass 924 führt, derartvorgesehen, dass der aus dem Kraftstoffauslassrohr 925 fließende Kraftstoffzu einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank zurückgeführt werden kann. Der Auslaufdurchlass 924 ist über eineLücke 90 zwischender Längsbohrung 921 unddem Antriebsabschnitt (dem piezoelektrischen Betätigungsglied) 1 geführt, undist dann von dieser Lücke 90 über einen(nicht gezeigten) Durchlass, der sich abwärts in dem oberen und unterenGehäuse 92, 93 erstreckt,zu einem Dreiwegeventil 951 geführt, das nachstehend beschriebenist.
    [0143] DerEinspritzdüsenabschnitt 94 weisteine Düsennadel 941,die in Aufwärts-und Abwärtsrichtungin einem Kolbenkörper 931 gleitet,und eine Einspritzöffnung 943 auf,die durch die Düsennadel941 zum Einspritzen von Hochdruckkraftstoff, das aus einem Kraftstoffreservoir 942 zugeführt wird,zu jedem Zylinder der Brennkraftmaschine geöffnet und geschlossen wird.Das Kraftstoffreservoir 942 ist um den mittleren Abschnitt derDüsennadel 941 vorgesehen,und das untere Ende des vorstehend beschriebenen Hochdruckkraftstoffdurchlass 922 weisteine Öffnungdahin auf. Die Düsennadel 941 wirdeinem Kraftstoffdruck aus dem Kraftstoffreservoir 942 ineiner Ventilöffnungsrichtungausgesetzt, und wird einem Kraftstoffdruck aus einer Gegendruckkammer 944,die an einer oberen Endoberflächevorgesehen ist, in Ventilschließrichtungausgesetzt. Falls der Druck in der Gegendruckkammer 944 abfällt, wirddie Düsennadel 941 zum Öffnen derEinspritzöffnung 943 zumEinspritzen von Kraftstoff abgehoben.
    [0144] DerDruck in der Gegendruckkammer 944 wird durch das Dreiwegeventil 951 erhöht und verringert. DasDreiwegeventil 951 ist derart aufgebaut, dass es selektivmit der Gegendruckkammer 944, selektiv mit dem Hochdruckkraftstoffdurchlass 922 odermit dem Ablassdurchlass 924 kommuniziert. Es gibt einenkugelförmigenVentilkörper,der Anschlüssein Kommunikation mit den Hochdruckkraftstoffdurchlass 922 oderdem Abflussdurchlass 924 öffnet und schließt. DieserVentilkörperwird durch den vorstehend beschriebenen Antriebsabschnitt 1 über einengroßenKolben 952, eine Öldruckkammer 953 undeinem kleinen Kolben 954 angetrieben, die darunter angeordnetsin.
    [0145] DurchBereitstellung eines piezoelektrischen Betätigungsglieds mit aus piezoelektrischenKeramiken der Muster 4 bis 8 von Beispiel 2 gebildetenpiezoelektrischen Schichten an einem Injektor, können Variationen in dem Kraftstoffeinspritzzeitverlaufverringert werden, und könnenVariationen der eingespritzten Kraftstoffmenge verringert werden,weshalb der Verbrennungszustand präziser gesteuert werden kann.
    [0146] Vorstehendwurde ein piezoelektrisches Betätigungsgliedmit einer Schichtung aus piezoelektrischen Schichten, die aus einerpiezoelektrischen Keramik geformt sind, und internen Elektrodenschichtenangegeben, die abwechselnd geschichtet sind. In dem piezoelektrischenBetätigungsgliedist bei der Annahme, dass eine Kapazität bei einer elektrischen Feldstärke von1,0 kV/mm oder größer beieiner beliebigen Temperatur T1 C1 ist, und dass unmittelbar, nachdemdas Betätigungsgliedeinem thermischen Veränderungsverlaufbis auf eine Temperatur T2 unterzogen worden ist, die sich von T1um zumindest 100 °Cunterscheidet, eine Kapazitätbei der elektrischen Feldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beider Temperatur T1 C2 ist, ein Änderungsverhältnis derKapazitätvon C1 zu C2 5,5 % oder geringer, und beträgt der dielektrische Verlustdes piezoelektrischen Betätigungsglieds8,2 % oder weniger. Die piezoelektrischen Schichten sind aus einerpiezoelektrischen Keramik geformt, die durch Brennen eines piezoelektrischenMaterials mit der folgenden Formel erhalten wird: PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y½Nb½)O3-Pb(Mn1-zWz)O3, mit 0,25 ≤ z ≤ 0,40, wobeiPb teilweise durch eins oder mehrere aus Ba, Ca und Sr ausgewählte Elementenach Hinzufügeneines Oxidhilfsstoffs zu dem piezoelektrischen Material ersetztwird.
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] Piezoelektrisches Betätigungsglied mit einer Schichtungaus piezoelektrischen Schichten, die aus piezoelektrischer Keramikgeformt sind, und internen Elektrodenschichten, die abwechselndgeschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annahme,dass eine Kapazitätbei einer elektrischen Feldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beieiner beliebigen Temperatur T1 C1 ist, und dass unmittelbar, nachdemdas Betätigungsgliedeinem thermischen Veränderungsverlaufbis auf eine Temperatur T2 unterzogen worden ist, die sich von T1um zumindest 100 °Cunterscheidet, eine Kapazitätbei der elektrischen Feldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beider Temperatur T1 C2 ist, ein Änderungsverhältnis derKapazitätvon C1 zu C2 5,5 % oder geringer ist, wobei gilt: –40°C ≤ T1 < T2 ≤ 200°C.
    [2] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach Anspruch1, wobei das Kapazitätsänderungsverhältnis 5% oder geringer ist.
    [3] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach Anspruch1, wobei das Kapazitätsänderungsverhältnis 4,8% oder weniger beträgt.
    [4] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 3, wobei das piezoelektrische Betätigungsglied einen dielektrischenVerlust von 8,2 % oder weniger zeigt.
    [5] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 3, wobei das piezoelektrische Betätigungsglied einen dielektrischenVerlust von 8 oder weniger zeigt.
    [6] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 3, wobei das piezoelektrische Betätigungsglied einen dielektrischenVerlust von 0,5 bis 4,0 % zeigt.
    [7] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 6, wobei die piezoelektrischen Schichten aus einer piezoelektrischenKeramik geformt sind, die ein gebranntes Produkt eines piezoelektrischenMaterials mit der chemischen Formel ist: PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y½Nb½)O3-Pb(Mn1-zWz)O3, mit 0,25 ≤ z ≤ 0,40, wobeiPb teilweise durch eins oder mehrere aus Ba, Ca und Sr ausgewählte Elementeersetzt ist, wobei dem piezoelektrischen Material ein Oxidhilfsstoffhinzugefügtist, das sowohl Pb-Oxide als auch W-Oxide aufweist.
    [8] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 7, wobei das piezoelektrische Betätigungsglied als Antriebsquelleeines Injektors verwendet wird, der in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtungverwendet wird.
    [9] Piezoelektrische Keramik, dadurch gekennzeichnet,dass eine dielektrische Konstante bei einer elektrischen Feldstärke von1,0 kV/mm oder größer beieiner beliebigen Temperatur T1 ε1ist, und dass unmittelbar, nachdem die Keramik einem thermischenVeränderungsverlaufauf eine Temperatur T2 unterzogen worden ist, die sich von T1 umzumindest 100°Cunterscheidet, eine dielektrische Konstante bei der elektrischenFeldstärkevon 1,0 kV/mm oder größer beider Temperatur T1 ε2ist, ein Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstante von ε1zu ε2 5,5% oder weniger ist, wobei –40°C ≤ T1 < T2 ≤ 200°C gilt.
    [10] Piezoelektrische Keramik nach Anspruch 9, wobeidas Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstante 5 % oder geringer ist.
    [11] Piezoelektrische Keramik nach Anspruch 9, wobeidas Änderungsverhältnis derdielektrischen Konstante 4,8 % oder weniger beträgt.
    [12] Piezoelektrische Keramik nach einem der Ansprüche 9 bis11, wobei die piezoelektrische Keramik einen dielektrischen Verlustvon 8,2 % oder weniger zeigt.
    [13] Piezoelektrische Keramik nach einem der Ansprüche 9 bis11, wobei die piezoelektrische Keramik einen dielektrischen Verlustvon 8 % oder weniger zeigt.
    [14] Piezoelektrische Keramik nach einem der Ansprüche 9 bis11, wobei die piezoelektrische Keramik einen dielektrischen Verlustvon 0,5 bis 4,0 % zeigt.
    [15] Piezoelektrische Keramik nach einem der Ansprüche 9 bis14, wobei die piezoelektrische Keramik ein gebranntes Produkt einespiezoelektrischen Materials mit der chemischen Formel ist: PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y½Nb½)O3-Pb(Mn1-2Wz)O3, mit 0,25 ≤ z ≤ 0,40, wobeiPb teilweise durch eins oder mehrere aus Ba, Ca und Sr ausgewählte Elementeersetzt ist, wobei dem piezoelektrischen Material ein Oxidhilfsstoffhinzugefügtist, das sowohl Pb-Oxide als auch W-Oxide aufweist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2004319966A|2004-11-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-01-20| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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