Piezoelektrisches Betätigungsglied

专利摘要:
Einpiezoelektrisches Betätigungsglied(1) weist piezoelektrische Einheiten (15) auf, die jeweils durchabwechselndes Stapeln einer piezoelektrischen Keramikschicht (151)und einer internen Elektrodenschicht (153 oder 154) hergestelltsind. Die piezoelektrische Einheit (15) ist durch Stapeln von nichtmehr als 50 piezoelektrischen Keramikschichten (151) gebildet. Diepiezoelektrische Einheit (15) weist an ihren Seitenoberflächen einpaar externer Elektroden (5, 6) mit unterschiedlichen Potentialenauf. Die interne Elektrodenschicht (153, 154) weist einen freiliegendenElektrodenabschnitt (158, 159) auf, der an den Seitenoberflächen derpiezoelektrischen Einheit (15) freiliegt. Die interne Elektrodenschicht ist über denfreiliegenden Elektrodenabschnitt (158, 159) mit einer aus dem Paarder externen Elektroden (5, 6) verbunden, und das Verbindungsgegenstück des freiliegendenElektrodenabschnitts wird abwechselnd für jede Schicht gewechselt.Ein zurückgesetzterAbschnitt (155) als eine Aussparungsregion der internen Elektrodenschicht (153,154), die sich nicht zu der Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheit(15) erstreckt, ist teilweise in einem Randabschnitt der internenElektrodenschicht (153, 154) geformt. Eine minimale Breite (L) deszurückgesetztenAbschnitts (155) und deren Variationsbreite (W) erfüllen die Beziehung0,1 mm ≦ L ≦ 1,0 mm undW ≦ 0,5 mm.
公开号:DE102004025073A1
申请号:DE200410025073
申请日:2004-05-21
公开日:2005-01-05
发明作者:Akira Kariya Fujii；Naoyuki Kariya Kawazoe；Masayuki Kariya Kobayashi
申请人:Denso Corp；
IPC主号:F02M51-06

专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein piezoelektrisches Betätigungsglied und genauer einpiezoelektrisches Betätigungsglied,das als Antriebsquelle einer Einspritzvorrichtung (Injektor) oderdergleichen verwendet wird.
[0002] Bisherwurde die Verwendung einer piezoelektrischen Vorrichtung als Antriebsquelleeines Injektors, d. h. eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschineeines Autos vorgeschlagen. Da der Injektor wiederholt für 10⁸ mal eine Kraftstoffzerstäubung mitextrem hoher Geschwindigkeit ausgesetzt wird, werden der piezoelektrischenVorrichtung als Antriebsquelle extrem harte Verwendungsbedingungenauferlegt. Daher sind nicht nur hervorragende piezoelektrische Eigenschaften,sondern ebenfalls eine exzellente Haltbarkeit für die piezoelektrische Vorrichtungfür denInjektor erforderlich.
[0003] Eingestapeltes piezoelektrisches Betätigungsglied (Aktor), das durchabwechselndes Stapeln einer Vielzahl piezoelektrischer Keramikschichten,die einen Versatz entsprechend einer angelegten Spannung erfahren,und interne Elektrodenschichten zum Zuführen der angelegten Spannunggeformt ist, wurde füreine derartige piezoelektrische Vorrichtung am wünschenswertesten angesehen.Dies liegt daran, dass, wenn die Spannung angelegt wird, die vonden internen Elektrodenschichten umgebenden piezoelektrischen Keramikschichtenjeweils einen Versatz in diesem piezoelektrischen Betätigungsgliederfahren und somit eine große Antriebsleistungerzeugt wird.
[0004] Jedochtritt bei piezoelektrischen Betätigungsgliederngemäß dem Standder Technik das Problem auf, dass innerhalb des Betätigungsgliedsbeim Anlegen der Spannung eine starke mechanische Spannung (Beanspruchung)auftritt, und dass Risse in dem Betätigungsglied auftreten. Daherist es schwierig, piezoelektrische Betätigungsglieder gemäß dem Standder Technik füreine lange Zeit zu betreiben und diese bei einem Injektor usw. anzuwenden,auf den besonders schwere Verwendungsbedingungen auferlegt sind.
[0005] ZumLösen dieserProbleme gemäß dem Standder Technik wurden in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung(Kokai) Nr. 2001-230463 ein gestapeltes piezoelektrisches Betätigungsgliedvorgeschlagen, bei dem nicht verbundene Endpositionen von internenElektrodenschichten und externe Elektroden in einer Stapelrichtungder internen Elektrodenschichten abweichen (verschoben sind). Eswird angenommen, dass, wenn die internen Elektrodenschichten derartangeordnet sind, dass ihre Endpositionen abweichen, die innerhalbdes Betätigungsgliedsauftretende mechanische Spannung gemildert werden kann.
[0006] Wennjedoch das vorstehend beschriebene gestapelte piezoelektrische Betätigungsgliedgemäß dem Standder Technik füreinen Injektor usw. verwendet wird, bei dem harte Verwendungsbedingungenauferlegt werden, steigt die Beanspruchung (die mechanische Spannung)innerhalb des Betätigungsgliedsan, da die Endabschnitte der internen Elektroden versetzt sind,so dass Risse auftreten. Folglich ist das gestapelte piezoelektrischeBetätigungsgliedim Hinblick auf die Haltbarkeit nicht ausreichend. Ein anderes Problembesteht darin, dass Variationen in den Eigenschaften (Charakteristiken)wie elektrostatische Kapazitätund Versatzverhalten groß werden.
[0007] ImHinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme im Stand derTechnik ist die Erfindung darauf gerichtet, ein neues piezoelektrischesBetätigungsgliedbereitzustellen, das fürAnwendungen wie bei Injektoren geeignet ist und eine hervorragendeHaltbarkeit und exzellente Stabilität aufweist.
[0008] Gemäß einerersten Ausgestaltung wird ein piezoelektrisches Betätigungsgliedmit piezoelektrischen Einheiten angegeben, die durch abwechselndesStapeln einer piezoelektrischen Keramikschicht und einer internenElektrodenschicht hergestellt werden, wobei die piezoelektrischeEinheit durch Stapeln von nicht mehr als 50 Schichten der piezoelektrischenKeramikschichten gebildet wird und ein Paar externer Elektrodenmit unterschiedlichen Potentialen an deren Seitenoberflächen aufweist,die internen Elektrodenschichten freiliegende Elektrodenabschnitteaufweist, die zu den Seitenoberflächen der piezoelektrischenEinheiten freiliegen und durch die freiliegenden Elektrodenabschnittemit einer aus dem Paar der externen Elektrodenschichten verbundensind, und die externe Elektrode als ein Verbindungsgegenstück der freiliegendenElektrodenabschnitte abwechselnd für jede Schicht gewechselt wird(schichtweise wechseln), ein zurückgesetzterAbschnitt als eine Aussparungsregion der internen Elektrodenschicht,die nicht zu der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit erstreckt ist, teilweise in einemRandabschnitt der internen Elektrodenschicht geformt ist, und eineminimale Breite L, die als minimaler Wert eines Abstands von derSeitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit an dem zurückgesetzten Abschnitt zu einemEndabschnitt jeder internen Elektrodenschicht definiert ist, undeine Variationsbreite W, die als Differenz zwischen einem maximalenWert und einem minimalen Wert des Abstands von der Seitenoberfläche jederpiezoelektrischen Einheit an jedem zurückgesetzten Abschnitt zu jederinternen Elektrodenschicht definiert ist, im Querschnitt des piezoelektrischenBetätigungsgliedsin einer Stapelrichtung die folgende Beziehung (1) erfüllt: 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm, W ≤ 0,5 mm (1)
[0009] Beidem piezoelektrischen Betätigungsgliedgemäß der vorstehendbeschriebenen ersten Ausgestaltung der Erfindung erfüllen dieminimale Breite L des zurückgesetztenAbschnitts und die Variationsbreite W die Beziehung der vorstehendGleichung (1).
[0010] Daherwerden Variationen in den Flächender Überlappungsabschnitteder internen Elektrodenschichten (die nachstehend als "piezoelektrisch aktiveRegion" bezeichnetsind) innerhalb der piezoelektrischen Einheit klein, und die Eigenschaften(Charakteristiken) wie die elektrostatische Kapazität und dasVersatzausmaß können stabilisiertwerden.
[0011] Daweiterhin die minimale Breite L des zurückgesetzten Abschnitts undderen Variationsbreite W wie vorstehend beschrieben begrenzt werden,wird es möglich,zu verhindern, dass sich mechanische Spannung zwischen dem piezoelektrischenKeramikschichten (die nachstehend als "piezoelektrisch inaktive Region" bezeichnet sind),die an den zurückgesetztenAbschnitt in Kontakt kommen und nicht leicht während des Anlegens einer elektrischenSpannung einen Versatz verfahren, und der vorstehend beschriebenepiezoelektrisch aktiven Region zu konzentrieren, und ebenfalls dasAuftreten von Rissen innerhalb des piezoelektrischen Betätigungsgliedszu vermeiden. Daher kann die Haltbarkeit des piezoelektrischen Betätigungsgliedsverbessert werden.
[0012] Weiterhinwird die vorstehend beschriebene piezoelektrische Einheit durchStapeln von 50 oder weniger Schichten der vorstehend beschriebenenpiezoelektrischen Keramikschichten hergestellt. Da die Schichtanzahlder gestapelten piezoelektrischen Einheiten auf nicht mehr als 50begrenzt ist, kann die innerhalb der Einheit während des Anlegens der elektrischenSpannung auftretende Beanspruchung (mechanische Spannung) unterdrückt werden.Daher kann das Auftreten von Rissen, die sich innerhalb der piezoelektrischen Einheitentwickeln, verhindert werden.
[0013] Wiees vorstehend beschrieben worden ist, wird gemäß der ersten Ausgestaltungder Erfindung ein neues piezoelektrisches Betätigungsglied bereitgestellt,das füreine Anwendung wie bei einer Einspritzvorrichtung (Injektor) geeignetist, im Hinblick auf die Haltbarkeit hervorragend ist und stabileEigenschaften aufweist.
[0014] Zusätzlich zuder ersten Ausgestaltung wird gemäß einer zweiten Ausgestaltungder Erfindung ein piezoelektrisches Betätigungsglied mit piezoelektrischenEinheiten angegeben, die durch abwechselndes Stapeln einer piezoelektrischenKeramikschicht und einer internen Elektrodenschicht hergestelltwerden, wobei die piezoelektrische Einheit durch Stapeln ein Paarexterner Elektroden mit unterschiedlichen Potentialen an deren Seitenoberflächen aufweist,die internen Elektrodenschichten freiliegende Elektrodenabschnitteaufweist, die zu den Seitenoberflächen der piezoelektrischenEinheiten freiliegen und durch die freiliegenden Elektrodenabschnittemit einer aus dem Paar der externen Elektrodenschichten verbundensind, und die externe Elektrode als ein Verbindungsgegenstück der freiliegendenElektrodenabschnitte abwechselnd für jede Schicht gewechselt wird,ein zurückgesetzterAbschnitt als eine Aussparungsregion der internen Elektrodenschicht,die nicht zu der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit erstreckt ist, teilweise in einem Randabschnittder internen Elektrodenschicht geformt ist, und unter der Annahme,dass eine aus dem Paar der externen Elektroden eine erste externeElektrode ist, die andere eine zweite Elektrode ist, die mit derersten externen Elektrode verbundene interne Elektrodenschicht eineerste interne Elektrodenschicht und die mit der zweiten externenElektrode verbundene interne Elektrodenschicht eine zweite interneElektrodenschicht sind, die ersten und zweiten internen Elektrodenschichtenderart aufgebaut sind, dass: der freiliegende Elektrodenabschnittder zweiten internen Elektrodenschicht nicht in dem Abschnitt derpiezoelektrischen Einheit freiliegt, auf dem der freiliegende Elektrodenabschnittder ersten internen Elektrodenschicht freiliegt, um ein Überlappender freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internen Elektrodenschichtmit denjenigen der zweiten internen Elektrodenschicht zu vermeiden,wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten perspektivischin Stapelrichtung betrachtet werden, die Fläche von entweder den erstenoder den zweiten internen Elektrodenschichten größer als die Fläche deranderen internen Elektrodenschicht ist, und eine Länge A eines äußeren UmfangsA und eine LängeB eines äußeren UmfangsB die Beziehung B ≥ 0,5 × A erfüllen, wobei der äußere UmfangA den äußeren Umfangeiner piezoelektrisch aktiven Region darstellt, die als Region definiertist, in der die erste interne Elektrodenschicht und die zweite interneElektrodenschicht sich einander überlappen,und der äußere UmfangB einen Abschnitt darstellt, in dem diejenige interne Elektrodenschichtmit der größeren Fläche derersten und zweiten internen Elektrodenschichten an dem äußeren UmfangA das äußere des äußeren UmfangsA abdeckt, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichtenperspektivisch in Stapelrichtung betrachtet werden.
[0015] DieFunktionen und Wirkungen der zweiten Ausgestaltung der vorliegendenErfindung sind nachstehend anhand von 10 beschrieben.
[0016] 10 zeigt eine perspektivischeDarstellung, wenn die ersten internen Elektrodenschichten 153 und diezweiten internen Elektrodenschichten 154 aus der Stapelrichtungin dem vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Betätigungsgliedbetrachtet werden.
[0017] Wenndie ersten internen Elektrodenschichten 153 und die zweiteninternen Elektrodenschichten 154 aus der Stapelrichtungin den piezoelektrischen Betätigungsglied gemäß der zweitenAusgestaltung der Erfindung betrachtet werden, überlappen sich ihre freiliegendenElektrodenabschnitte 158 und 159 nicht einander.
[0018] Weiterhinist die Flächevon einer der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten größer alsdie Flächeder anderen, und die LängeA des äußeren UmfangsA und die LängeB des äußeren UmfangsB erfüllendie Beziehung B ≥ 0,5 × A, wobeider äußere Umfang(Rand) A den äußeren Umfangder piezoelektrisch aktiven Region als den Region, in der die ersteinterne Elektrodenschicht und die zweite interne Elektrodenschichteinander überlappen,darstellt, und der äußere UmfangB den Abschnitt darstellt, in dem diejenige der internen Elektrodenschichtenmit der größeren Fläche derersten und zweiten internen Elektrodenschichten an dem äußeren UmfangA das äußere des äußeren UmfangsA abdeckt, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichtenaus der Stapelrichtung gesehen werden.
[0019] Daherwird eine Variation in der Flächeder Überlappungsregionder zwei benachbarten internen Elektrodenschichten 153 und 154 (derpiezoelektrisch aktiven Region 150, die durch die gepunkteteLinie in 10 umgebeneRegion) nicht leicht durch einen Positionsfehler usw. beim Stapelnder internen Elektrodenschichten 153 und 154 beeinträchtigt.Daher weist das resultierende piezoelektrische Betätigungsgliedeine hervorragende Haltbarkeit auf und weist ebenfalls stabilisierteEigenschaften wie elektrostatische Kapazität und Versatzausmaß auf.
[0020] Weiterhinweisen in den piezoelektrischen Einheiten die internen Elektrodenschichtenfreiliegende Elektrodenabschnitte auf, die an den Seitenoberflächen derpiezoelektrischen Einheiten freiliegen. Weiterhin sind die ersteinterne Elektrodenschicht und die zweite interne Elektrodenschichtderart aufgebaut, dass, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichtenperspektivisch in Stapelrichtung davon betrachtet werden, der freiliegendeElektrodenabschnitt der zweiten internen Elektrodenschicht nichtin dem Abschnitt freiliegt, an dem der freiliegende Elektrodenabschnittder ersten internen Elektrodenschicht freiliegt, um ein Überlappender freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internen Elektrodenschichtund derjenige der zweiten Elektrodenschicht zu vermeiden.
[0021] Dasheißt,dass sowohl die freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internenElektrodenschicht als auch diejenigen der zweiten internen Elektrodenschichtnicht zu derselben Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheiten freiliegen. Dementsprechend wirdes möglich,einen elektrischen Kurzschluss aufgrund einer Kriechentladung inden Seitenoberflächender piezoelektrischen Einheiten zu vermeiden.
[0022] DieErfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.Es zeigen:
[0023] 1 eine auseinander gezogeneperspektivische Darstellung eines piezoelektrischen Betätigungsgliedsgemäß einemBeispiel 1,
[0024] 2 eine Schnittansicht, dieentlang einer Linie A-A in 1 genommenist,
[0025] 3 eine vergrößerte Schnittansichteines Abschnitts in der Näheeines Kopplungsabschnitts des piezoelektrischen Betätigungsgliedsgemäß 2,
[0026] 4 eine perspektivische Ansichtdes Zustands, bei der interne Elektrodenschichten auf einen keramischenAusgangsmaterial gemäß Beispiel1 gedruckt sind,
[0027] 5 eine perspektivische Ansichteiner Schichtungsart, bei der Ausgangsmaterialien mit den internenElektrodenschichten gemäß Beispiel1 gestapelt sind,
[0028] 6 eine perspektivische Ansichtdes gestapelten Körpersgemäß Beispiel1,
[0029] 7 eine perspektivische Ansichtder piezoelektrischen Einheit gemäß Beispiel 1,
[0030] 8 einen Satz schematischerAnsichten, die ein Anordnungsmuster der internen Elektrodenschichtendarstellen, wenn die internen Elektrodenschichten eines MustersE6 von der Stapelrichtung der piezoelektrischen Einheiten gemäß Beispiel2 betrachtet werden,
[0031] 9 einen Satz schematischerAnsichten, eines Anordnungsmusters der internen Elektrodenschichtenbei Betrachtung der internen Elektrodenschichten eines Musters E7von der Stapelrichtung der piezoelektrischen Einheiten gemäß Beispiel2,
[0032] 10 einen Satz schematischerAnsichten, die ein Anordnungsmuster interner Elektrodenschichten beiBetrachtung der internen Elektrodenschichten eines Musters E8 vonder Stapelrichtung der piezoelektrischen Einheiten gemäß Beispiel3 darstellen,
[0033] 11 einen Satz schematischerAnsichten, die ein Anordnungsmuster der internen Elektrodenschichtenbei Betrachtung der internen Elektrodenschichten eines Musters E9von der Stapelrichtung der piezoelektrischen Einheiten gemäß Beispiel3 darstellen,
[0034] 12 einen Satz schematischerAnsichten, die ein Anordnungsmuster der internen Elektrodenschichtenbei Betrachtung der internen Elektrodenschichten eines Musters E10von der Stapelrichtung der piezoelektrischen Einheiten gemäß Beispiel3 darstellen,
[0035] 13 eine vergrößerte schematischeAnsicht, die Endabschnitte der internen Elektrodenschichten darstellen,die in dem piezoelektrischen Keramikschichten gemäß Beispiel4 geformt sind,
[0036] 14 eine vergrößerte schematischeDarstellung des Abschnitts, der durch einen gestrichelten Kreis in 13 eingegrenzt ist,
[0037] 15 einen Graphen, der dieHaltbarkeit der piezoelektrischen Betätigungsglieder (Muster E11bis E16) gemäß einemBeispiel 4 darstellt,
[0038] 16 einen Graphen, der dieHaltbarkeit der piezoelektrischen Betätigungsglieder (Muster E11abis E16a) gemäß Beispiel4 veranschaulichen,
[0039] 17 eine schematische Darstellungder Beziehung eines Grenzabschnitts zwischen einem freiliegendenElektrodenabschnitt und einem zurückgesetzten Abschnitt sowieeine externe Elektrode darstellt, wenn ein Muster E17 von dessenseitlichen Oberflächegemäß einemBeispiel 5 betrachtet wird,
[0040] 18 ein Satz schematischerAnsichten, die die Beziehung zwischen dem freiliegenden Elektrodenabschnittder internen Elektrodenschicht und der externen Elektrode bei Betrachtungder internen Elektrodenschicht des Beispiels E17 von der Stapelrichtungder piezoelektrischen Einheiten gemäß Beispiel 5 darstellen,
[0041] 19 eine Querschnittsansicht,die eine Stapelrichtung der piezoelektrischen Einheiten darstellt,die fürdie Herstellung eines Musters E18 gemäß einem Beispiel 6 verwendetwerden,
[0042] 20 eine Querschnittsansicht,die eine Stapelrichtung des piezoelektrischen Betätigungsgliedsgemäß einemMuster E18 gemäß dem Beispiel6 darstellen,
[0043] 21 einen Graphen, der dasVerhältniszwischen der Stapelanzahl der piezoelektrischen Keramikschichtenund der in dem piezoelektrischen Einheiten mechanischen Spannungdarstellt,
[0044] 22 die Beziehung zwischeneiner Variationsbreite W eines zurückgesetzten Abschnitts undder in dem piezoelektrischen Einheiten erzeugten mechanischen Spannung,
[0045] 23 einen Graphen, der dieBeziehung zwischen einer Stärkedes elektrischen Feldes der äußerstenSchicht zu einem elektrischen Koerzitivfeld der piezoelektrischenEinheit und eine piezoelektrische Konstante der äußersten Schicht darstellt,
[0046] 24 einen Graphen, der dieBeziehung zwischen einer Stärkedes elektrischen Feldes der piezoelektrischen Einheit und einemVersatzausmaß darstellt,
[0047] 25 eine schematische Ansicht,die im Vergleich die internen Elektrodenschichten 153 und 154 und denpiezoelektrischen aktiven Bereich 150 bei Anwendung einerBeziehung: B = O × Agemäß Beispiel3 darstellt,
[0048] 26 eine schematische Ansicht,die im Vergleich die internen Elektrodenschichten 153 und 154 und denpiezoelektrisch aktiven Bereich 150 bei Anwendung der Beziehung:B = 0,5 × Agemäß Beispiel3 darstellt,
[0049] 27 einen Graphen, der dieBeziehung zwischen einem Wert äußerer UmfangB/äußerer UmfangungA und einer Variation der Eigenschaften (Charakteristiken) des piezoelektrischenBetätigungsglieds gemäß Beispiel3 darstellt, und
[0050] 28 eine schematische Ansicht,die unterschiedliche Kombinationen eines Profilmusters der internenElektrodenschichten 153 und 154 gemäß Beispiel3 veranschaulicht.
[0051] Gemäß der vorstehendbeschriebenen ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die piezoelektrische Einheitdurch Stapeln von nicht mehr als 50 Schichten piezoelektrischerkeramischer Schichten hergestellt, wie es vorstehend beschriebenworden ist. Dabei zeigt 21 Ergebnisse,die durch einen Simulationstest erhalten worden sind, der Beziehungzwischen der Stapelanzahl der piezoelektrischen Keramikschichtenund der innerhalb der piezoelektrischen Einheit auftretenden Beanspruchung(mechanischen Spannung). Der Simulationstest wurde durch eine piezoelektrischeAnalyse unter Verwendung eines Finiten-Element-Verfahrens (FEM, finite elementmethod) ausgeführt.
[0052] Wieaus 21 hervorgeht, wirddie innerhalb der Einheit auftretende mechanische Spannung im Allgemeinenmit Erhöhungder Anzahl der gestapelten piezoelektrischen Keramikschichten größer. Insbesondere tritt,wenn die Anzahl 50 überschreitet,eine großeinterne mechanische Spannung beim Anlegen der elektrischen Spannungauf. Als Ergebnis ist es wahrscheinlich, dass Risse innerhalb derpiezoelektrischen Einheit auftreten.
[0053] Weiterhinerfüllenin dem Querschnitt der piezoelektrischen Einheit in Stapelrichtungdie minimale Breite L und die Variationsbreite W an dem vorstehendbeschriebenen zurückgesetztenAbschnitt die folgende Gleichung (1): 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm, W ≤ 0,5 mm (1)
[0054] Zunächst sinddie minimale Breite L und die Variationsbreite W des zurückgesetztenAbschnitts unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
[0055] 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansichtin Stapelrichtung des Teils des piezoelektrischen Betätigungsgliedsgemäß der Erfindung,eines späterbeschriebenen Beispiels. Wie es in 3 gezeigtist, weist das piezoelektrische Betätigungsglied 1 piezoelektrischeEinheiten 15 auf, die jeweils durch abwechselndes Stapelnpiezoelektrischer Keramikschichten 151 und interner Elektrodenschichten 153 und 154 hergestellt werden.
[0056] EinzurückgesetzterAbschnitt 155 als der Bereich jeder internen Elektrodenschicht 153, 154,der zu der seitlichen Oberflächeder piezoelektrischen Einheit 15 erstreckt ist, das heißt von dieserzurückgesetztist, ist teilweise um die interne Elektrodenschicht 153, 154 anden Stapelpositionen dieser Elektrodenschichten geformt.
[0057] Dieminimale Breite L des zurückgesetztenAbschnitts 155 kann durch den minimalen Wert des Abstandsvon der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit an den zurückgesetzten Abschnitt 155 biszu dem Endabschnitt jeder internen Elektrodenschicht 153, 154 indem Querschnitt des piezoelektrischen Betätigungsglieds in Stapelrichtungausgedrücktwerden.
[0058] DieVariationsbreite W des zurückgesetztenAbschnitts 155 kann durch die Differenz zwischen dem maximalenWert und dem minimalen Wert des Abstands von der Seitenoberfläche derpiezoelektrischen Einheit 15 an jedem zurückgesetztenAbschnitt zu dem Endabschnitt jeder internen Elektrodenschicht 153, 154 indem Querschnitt des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 inStapelrichtung ausgedrücktwerden. In dem veranschaulichten zurückgesetzten Abschnitt, kann,wenn die minimale Breite L des zurückgesetzten Abschnitts geringerals 0,1 mm ist, das Auftreten von Rissen in einigen Fällen ungeachtetder Variationsbreite W nicht effektiv unterdrückt werden.
[0059] Wenndemgegenüberdie minimale Breite L 1,0 mm überschreitet,wird der piezoelektrisch aktive Bereich relativ klein im Vergleichzu derselben physikalischen Struktur und Verhalten der piezoelektrischenVorrichtung, so dass die Versatzerzeugungskraft wahrscheinlich sichverringert.
[0060] 22 zeigt die durch den Simulationstesterhaltenen Ergebnisse der Beziehung zwischen der Variationsbreitedes zurückgesetztenAbschnitts und der innerhalb der piezoelektrischen Einheit auftretendenmechanischen Spannung. Der Simulationstest wurde durch eine piezoelektrischeAnalyse unter Verwendung eines Finite-Element-Verfahrens wie dasjenige gemäß 21 ausgeführt.
[0061] Wieaus 22 hervorgeht, wirddie innerhalb der Einheit auftretende mechanische Spannung die größer werdendeVariationsbreite des zurückgesetztenAbschnitts allmählichgrößer. Insbesonderetritt, wenn die Variationsbreite 0,5 mm überschreitet, eine starke internemechanische Spannung beim Anlegen der elektrischen Spannung auf.Als Ergebnis ist es wahrscheinlich, dass Risse sich innerhalb derpiezoelektrischen Einheit entwickeln.
[0062] Gemäß der erstenAusgestaltung der Erfindung ist es vorzuziehen, dass die nachstehendeGleichung (2) erfülltist. 0,2 mm ≤ L ≤ 0,6 mm, W ≤ 0,3 mm (2)
[0063] DieFunktionen und Wirkungen gemäß der erstenAusgestaltung der Erfindung könnenweiter bei Anwendung dieser Beziehung verbessert werden. Das heißt, dassdie vorstehende Beziehung eine Variation der Flächen des piezoelektrisch aktivenBereichs verhindern kann und ebenfalls die Eigenschaften wie die Versatzerzeugungsfähigkeitund dergleichen des piezoelektrischen Elements stabilisieren kann.Da die während desAnlegens der elektrischen Spannung erzeugte interne mechanischeSpannung unterbunden werden kann, wird es möglich, die Wahrscheinlichkeitder Erzeugung von Rissen in den piezoelektrischen Einheiten zu verringern.
[0064] Nachstehendist eine zweite Ausgestaltung der Erfindung beschrieben.
[0065] Gemäß der vorstehendbeschriebenen zweiten Ausgestaltung der Erfindung erfüllen dieLänge Ades äußeren UmfangsA und die LängeB des äußeren UmfangsB die Beziehung: B ≥ 0,5 × A, wobeider äußere UmfangA den äußeren Umfangeines piezoelektrisch aktiven Bereichs als ein Bereich darstellt,in der die erste interne Elektrodenschicht und die zweite interneElektrodenschicht einander überlappen,und der äußere UmfangB einen Abschnitt darstellt, in dem eine der internen Elektrodenschichtenmit einer größeren Fläche unter denersten und zweiten internen Elektrodenschichten an dem äußeren UmfangA die Außenseitedes äußeren UmfangsA abdeckt, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichtenaus der Stapelrichtung gesehen werden.
[0066] WennB < 0,5 × A gilt,ist es wahrscheinlich, dass eine Variation der Fläche des überlappendenpiezoelektrischen aktiven Bereichs (der durch die gestrichelte Liniein 10 eingegrenztenRegion) durch einen Positionierfehler der internen Elektrodenschichtenbeim Stapeln usw. beeinträchtigtwird, und dass die elektrostatische Kapazität und das Versatzausmaß des piezoelektrischenBetätigungsgliedsgelegentlich nicht stabilisiert werden kann.
[0067] Weiterhinist es bei dem piezoelektrischen Betätigungsglied vorzuziehen, dassdie Beziehung B ≥ 0,6 mm × A erfüllt ist.Bei Anwendung dieser Beziehung wird es möglich, eine Variation in derFlächedes piezoelektrischen aktiven Bereichs zu verringern, die durcheine Positionsabweichung währenddes Startens der internen Elektrodenschichten und anderer Gründe verursachtwird, und ebenfalls die Eigenschaften wie die elektrostatische Kapazität und dasVersatzausmaß despiezoelektrischen Betätigungsgliedsweiter zu stabilisieren.
[0068] Weiterhinist es vorzuziehen, dass in dem piezoelektrischen Betätigungsglieddie Beziehung B ≤ 0,75 × A erfüllt istund dass die freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internenElektrodenschicht und diejenigen der zweiten internen Elektrodenschichtnicht in derselben Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit freiliegen. Da die Beziehung 0,6 × A ≤ B ≤ 0,75 × A erfüllt ist,könnenin diesem piezoelektrischen Betätigungsglieddie Eigenschaften des piezoelektrischen Betätigungsglieds stabilisiertwerden. Da weiterhin die freiliegenden Elektrodenabschnitte jeweilsderart geformt sind, dass sie nicht in derselben Seitenoberfläche derpiezoelektrischen Einheiten freiliegen, können die Effekte zur Vermeidungeines elektrischen Kurzschlusses aufgrund einer Kriechentladungund andere weiter verbessert werden.
[0069] Gemäß den erstenund zweiten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen,dass die interne Elektrodenschicht eine Variation oder Varianz anihrer äußeren Kanteaufweist, und dass die Breite D der Variation innerhalb von D ≤ 0,2 mm liegt.
[0070] Gemäß diesemAusführungsbeispielist es möglich,zu vermeiden, dass Beanspruchung (Spannung) sich an dem äußeren Umfangder internen Elektrodenschicht konzentriert, wobei außerdem dieHaltbarkeit des piezoelektrischen Betätigungsglieds weiter verbessertwerden kann.
[0071] Nachstehendist die Variationsbreite D des äußeren Randsder internen Elektrodenschicht unter Bezugnahme auf 13 und 14 beschrieben.
[0072] Dieinterne Elektrodenschicht wird beispielsweise durch Siebdruck aufeinem Ausgangsmaterial (green sheet) gebildet, das nach einem Brennenin eine piezoelektrische Keramikschicht umgewandelt wird. 13 zeigt eine vergrößerte Ansichtdes Teils der internen Elektrodenschicht 154, die auf derpiezoelektrischen Keramikschicht 151 geformt ist, und 14 zeigt eine vergrößerte Ansichtdes Teils des äußeren Rands derinternen Elektrodenschicht 154, die in 13 gezeigt ist (vergrößerte Ansicht des durch dengestrichelten Kreis in 13 umkreistenBereichs).
[0073] Wiees in 13 und 14 gezeigt ist, ist der äußere Umfangder durch Siebdruck geformten internen Elektrodenschicht 154 usw.nicht linear, sondern zeigt eine gekrümmte Form mit einer gewissenVariation auf. Wie es in 14 gezeigtist, ist die Breite einer Variation um eine Mittellinie 199 alsdie Mitte der Variation an dem äußeren Umfangder internen Elektrodenschicht 154 die vorstehend beschriebeneVariationsbreite D. Das heißt,dass die Variationsbreite D den Variationsgrad an dem äußeren Umfangjeder internen Elektrodenschicht 154 darstellt.
[0074] Wenndie Variationsbreite D größer als0,2 mm ist, tritt eine großeinterne Beanspruchung (Spannung) beim Anlegen der elektrischen Spannungauf, und es ist wahrscheinlich, dass sich Risse innerhalb der piezoelektrischenEinheit entwickeln.
[0075] Weiterhinist es vorzuziehen, dass die externe Elektrode vollständig denfreiliegenden Elektrodenabschnitt abdeckt.
[0076] Gemäß diesemAusführungsbeispielist es möglich,die Variation der Kopplungsflächedes freiliegenden Elektrodenabschnitts mit der externen Elektrodezu verringern, um dadurch Versatzübergangseigenschaften zu stabilisieren.Weiterhin könnennachteilige Effekte der äußeren Umgebungder internen Elektrodenschichten verhindert werden.
[0077] Weiterhinist bei dem piezoelektrischen Betätigungsglied vorzuziehen, dassder Abstand von dem Grenzabschnitt zwischen dem freiliegenden Elektrodenabschnittauf der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit und dem zurückgesetzten Abschnitt zu derauf der Seitenoberflächedes zurückgesetztenAbschnitts der piezoelektrischen Einheit angeordneten externen Elektrodezumindest 0,2 mm im Hinblick auf den kürzesten Abstand entlang derSeitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit ist.
[0078] Wennder Abstand von dem Grenzabschnitt zwischen dem freiliegenden Elektrodenabschnittund dem zurückgesetztenAbschnitt zu der auf der Seitenoberfläche des zurückgesetzten Abschnitts angeordnetenexternen Elektrode geringer als 0,2 mm ist, ist es wahrscheinlich,dass eine Kriechentladung auf der Oberfläche des piezoelektrischen Betätigungsgliedsauftritt.
[0079] Weiterhinist es vorzuziehen, dass das piezoelektrische Betätigungsglieddurch Stapeln einer Vielzahl von vorstehend beschriebenen piezoelektrischenEinheiten aufgebaut ist.
[0080] Gemäß diesemAusführungsbeispielkann ein weiter erhöhtesgewünschtesVersatzausmaß durch Stapelnder piezoelektrischen Einheiten erhalten werden, die das vorbestimmteVersatzausmaß aufweisen.
[0081] Weiterhinist es vorzuziehen, dass die äußerste Schichtder piezoelektrischen Einheiten aktiv ist, das heißt, eineAktivitätaufweist.
[0082] Gemäß diesemAusführungsbeispielist es möglich,das Versatzausmaß proEinheitslängedes piezoelektrischen Betätigungsgliedsin Stapelrichtung zu erhöhen,das durch Stapeln einer Vielzahl piezoelektrischer Einheiten aufgebautist, und das Auftreten von Rissen durch Verringern der internenmechanischen Spannung zu unterdrücken,die an der Schnittstelle zwischen der äußersten Schicht als die äußerste piezoelektrischeSchicht und die interne Antriebsschicht auftritt.
[0083] Essei bemerkt, dass der hier verwendete Begriff "aktiv" bedeutet, dass die Feldstärke in der äußersten Schichtwährenddes Betriebs das elektrische Koerzitivfeld in einem inneren Abschnittder piezoelektrischen Einheit überschreitet.
[0084] Diesist nachstehend weiter unter Bezug auf 23 beschrieben.
[0085] 23 zeigt einen Graphen,der Experimentergebnisse der Beziehung zwischen der elektrischen Feldstärke derpiezoelektrischen Einheit fürdas elektrische Koerzitivfeld der piezoelektrischen Einheit undeiner piezoelektrischen Konstante der piezoelektrischen Einheitdarstellt.
[0086] In 23 stellt die Abszisse dieelektrische Feldstärkeder piezoelektrischen Einheit in Bezug auf die elektrische Koerzitivfeldstärke derpiezoelektrischen Einheit {(Feldstärke)/(elektrische Koerzitivfeldstärke)} und stelltdie Ordinate die piezoelektrische Konstante der piezoelektrischenEinheit dar.
[0087] Wieaus 23 hervorgeht, wirddie piezoelektrische Konstante der äußersten Schicht größer, wenn dieFeldstärkeder äußerstenSchicht die elektrische Koerzitivfeldstärke der piezoelektrischen Einheit überschreitet.Das heißt,dass dies darstellt, dass die Keramikschicht als die äußerste Schichtaktiv wird.
[0088] Nachstehendist das elektrische Koerzitivfeld (die elektrische Koerzitivfeldstärke) unterBezugnahme auf 24 beschrieben.
[0089] 24 zeigt einen Graphen,der das vorstehend beschriebene elektrische Koerzitivfeld (Ec) beschreibt.In 24 stellt die Abszissedie der piezoelektrischen Einheit zugeführten Feldstärke dar,und stellt die Ordinate das Versatzausmaß dar. Es sei bemerkt, dassin diesem Graphen dieselbe Richtung der Feldstärke als Polarisationsrichtungpositiv (+) ist, und eine Richtung, die entgegengesetzt zu der Polarisationsrichtung ist,ist negativ (–).
[0090] Gemäß 24 wird die Feldstärke derpiezoelektrischen Einheit von einem Punkt A als Startpunkt in derselbenRichtung wie die Polarisationsrichtung beaufschlagt, und deren Wertwird allmählicherhöht.Das Versatzausmaß derpiezoelektrischen Einheit erhöhtsich mit dem Anstieg der Feldstärke.Es sei bemerkt, dass das Versatzausmaß durch Messen des Versatzesin Stapelrichtung geschafft werden kann, wenn eine vorbestimmteelektrischen Spannung angelegt wird und die Versatzeinheitslänge in derStapelrichtung als Versatzausmaß verwendetwird. Dieses Versatzausmaß kannunter Verwendung einer Laserversatzmessvorrichtung und einer elektrostatischenKapazitätsversatzmessvorrichtunggemessen werden.
[0091] Wenndanach die Feldstärkeeinen Punkt B erreicht, wird die Feldstärke allmählich verringert. Der Versatzausmaß verringertsich allmählichzu dieser Zeit mit einem Abfall der Feldstärke. Die Feldstärke wirdallmählichund kontinuierlich in der zu der Polarisationsrichtung entgegengesetzten Richtung verringert, selbst nachdem die Feldstärke Null(0) erreicht. Das Versatzausmaß verringertsich mit kleiner werdender Feldstärke weiter. Wenn die Feldstärke einenPunkt C erreicht, ändertsich das Versatzausmaß abrupt,um anzusteigen. Der Absolutwert der Feldstärke an diesem Punkt ist dieelektrische KoerzitivfeldstärkeEc, auf die sich in der vorliegenden Erfindung bezogen wird.
[0092] NachErreichen eines Punktes D wird die Feldstärke erneut erhöht. DasVersatzausmaß verringertsich diesmal mit dem Anstieg der Feldstärke. Wenn die Feldstärke weiterin die Polarisationsrichtung nach Erreichen von Null (0) erhöht wird, ändert diesesich abrupt zu einem Anstieg. Da der Punkt B und der Punkt C in einigenFällenunterschiedlich sind, ist die elektrische Koerzitivfeldstärke beim Anlegender elektrischen Spannung in der Zuleitpolarisationsrichtung entgegengesetzten Richtung als Ec gemäß der vorliegendenErfindung definiert.
[0093] Essei bemerkt, dass, wie es in 24 gezeigtist, wenn die Feldstärkeweiter erhöhtwird, der Zustand schließlichden Zustand erreicht, der im Wesentlichen derselbe wie der PunktB ist, und danach ein ähnliches Verhaltenzeigt.
[0094] Die äußerste Schichtder piezoelektrischen Einheiten kann mit unterschiedlichen Verfahrenbehandelt werden, um die äußerste Schichtin den aktiven Zustand zu versetzen. Ein geeignetes Verfahren weistein Verfahren zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die äußerste Schichtauf, an die normalerweise keine elektrische Spannung angelegt wird.Als Ergebnis kann die äußerste Schichtin eine piezoelektrische aktive Schicht umgewandelt werden, wenndie elektrische Spannung angelegt wird.
[0095] Weiterhinist es vorzuziehen, dass die vorstehend beschriebene piezoelektrischeKeramikschicht aus einem PZT-Material gebildet ist.
[0096] Gemäß diesemAusführungsbeispielist es möglich,hervorragende Eigenschaften des PZT-Materials, das heißt, allgemeinOxide mit einer Perovskitstruktur des Typs Pb(Zr, Ti)O₃,um dadurch das Leistungsvermögendes piezoelektrischen Betätigungsgliedswie des Injektors zu verbessern.
[0097] Beider Umsetzung der Erfindung kann zumindest eine aus Ag, Pd, Cu,Ni, Au und Pt ausgewählte Metallartbei der Erzeugung der internen Elektrodenschicht verwendet werden.Das Metall kann alleine oder in Kombination verwendet werden.
[0098] Zusätzlich istes vorzuziehen, dass das vorstehend beschriebene piezoelektrischeBetätigungsglied für den Injektorverwendet wird.
[0099] Gemäß diesemAusführungsbeispielkann eine hervorragende Haltbarkeit des piezoelektrischen Betätigungsgliedsin dem Injektor geboten werden.
[0100] Nachstehendist ein piezoelektrisches Betätigungsgliedgemäß dem bevorzugtenAusführungsbeispiel derErfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 8 beschrieben.
[0101] Wiees in 1 bis 3 gezeigt ist, weist daspiezoelektrische Betätigungsglied 1 gemäß diesemBeispiel piezoelektrische Einheiten 15 auf, die durch abwechselndesStapeln piezoelektrischer Keramikschichten 151 und internerElektrodenschichten 153 und 154 hergestellt werden.
[0102] Jedepiezoelektrische Einheit 15 wird durch Stapeln von nichtmehr als 50 Schichten piezoelektrischer Keramikschichten 151 hergestellt,und weist, wie es veranschaulicht ist, ein paar externer Elektroden 5 und 6 mitunterschiedlichen Potentialen an deren Seitenoberfläche auf.Jede der internen Elektrodenschichten 153 und 154 weisteinen freiliegenden Elektrodenabschnitt 158 und 159 auf,der an der Seite der piezoelektrischen Einheit 15 freiliegt,und ist überden freiliegenden Elektrodenabschnitt 158 oder 159 miteinem aus dem Paar der externen Elektroden 5 und 6 verbunden.Weiterhin sind, wie es dargestellt ist, die externen Elektroden 5 und 6 alsVerbindungsgegenstückdes freiliegenden Elektrodenabschnitts 158 oder 159 abwechselndfür jede Schichtgeändert.
[0103] Weiterhinist ein zurückgesetzterAbschnitt als Aussparungsregion, in der jede interne Elektrodenschicht 153, 154 ausgespartist, das heißtnicht zu der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit 15 durchgeführt (erstreckt)ist, teilweise um jede interne Elektrodenschicht 153 und 154 geformt.
[0104] Wiees in 3 gezeigt ist,erfüllenin dem Querschnitt des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 in Stapelrichtungdie minimale Breite L als der minimale Wert des Abstands von derSeitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit 15 an jedem zurückgesetztenAbschnitt 155 bis zu dem Endabschnitt jeder internen Elektrodenschicht 153 und 154 unddie Variationsbreite W als die Differenz zwischen dem maximalenWert und dem minimalen Wert des Abstands von der Seitenoberfläche derpiezoelektrischen Einheit 15 an jedem zurückgesetztenAbschnitt 155 zu jeder internen Elektrodenschicht 153 und 154 diefolgende Beziehung (1): 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm, W ≤ 0,5 mm (1)
[0105] Daspiezoelektrische Betätigungsglied 1 gemäß diesemBeispiel ist ausführlichunter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
[0106] Wiees in 1 bis 3 gezeigt ist, wird das piezoelektrischeBetätigungsglied 1 gemäß diesemBeispiel durch Stapeln von zwanzig (20) piezoelektrischer Einheiten 15 hergestellt,um dadurch Kopplungsabschnitte 13 zu formen. Jede piezoelektrischeEinheit 15 wird durch abwechselndes Stapeln der piezoelektrischenKeramikschichten 151, die aus dem PZT-Material geformtsind, und der internen Elektrodenschichten 153 und 154 hergestellt,die aus Ag und Pd geformt sind. Die Anzahl des Stapelns der piezoelektrischenKeramikschichten 151, die als die piezoelektrischen Vorrichtungenin jeder piezoelektrischen Einheit 15 aktiv sind, beträgt 20, obwohldies in den Zeichnungen zur erleichterten Vorbereitung der Zeichnungennicht dargestellt ist.
[0107] Jededer internen Elektrodenschichten 153 und 154 weistden freiliegenden Elektrodenabschnitt 158 und 159 auf,der an der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit 15 freiliegt. Zumindest einTeil der freiliegenden Elektrodenabschnitte 158 und 159 sindabwechselnd elektrisch in Stapelrichtung mit den externen Elektroden 5 und 6 mitzueinander unterschiedlichen Potentialen verbunden, und derart ander Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit 15 geformt, dass sie zwischenden freiliegenden Elektrodenabschnitten 158 und 150 angeordnetsind. Daher sind benachbarte zwei interne Elektrodenschichten 153 und 154 innerhalb despiezoelektrischen Betätigungsglieds 1 mitElektroden verbunden, die zueinander unterschiedliche Potentialeaufweisen. Gemäß dem veranschaulichtenAusführungsbeispielsind die externen Elektroden 5 und 6 aus Ag gebildet,jedoch ist ebenfalls die Verwendung von Pd, Cu, Ni, Au oder Pt oderzumindest eine Art davon, außerAg, möglich.
[0108] Dieexternen Elektroden 5 und 6 mit zueinander unterschiedlichenPotentialen könnenzueinander unterschiedliche Formen aufweisen, so dass deren Polaritäten leichtdurch das Auge unterschieden werden kann.
[0109] Weiterhinweist, wie es in 2 und 3 gezeigt ist, jede piezoelektrischeEinheit 15 die zurückgesetzten Abschnitte 155 auf,an denen die piezoelektrischen Schichten 151 in gegenseitigemKontakt derart gelangen, dass sie nicht auf den Seitenoberflächen derpiezoelektrischen Einheiten 15 freiliegen, sondern dieinternen Elektrodenschichten 153 und 154 an denStapelpositionen der internen Elektrodenschichten 153 und 154 nicht vorhandensind. Wie es in 3 gezeigtist, ist jeder zurückgesetzteAbschnitt 155 im Wesentlichen auf derselben Ebene wie jedeinterne Elektrodenschicht 153 und 154 geformt,und die Breite jedes zurückgesetzten Abschnitts 155 weisteine Variation auf. Die minimale Breite L des zurückgesetztenAbschnitts 155 und deren Variationsbreite W erfüllen dienachstehende Beziehung (1) 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm, W ≤ 0,5 mm (1)
[0110] Nachstehendist das Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Betätigungsgliedsgemäß diesem Ausführungsbeispielunter Bezugnahme auf 4 bis 7 beschrieben.
[0111] Daspiezoelektrische Betätigungsgliedgemäß diesemAusführungsbeispielkann unter Verwendung eines Ausgangsmaterialplattenverfahrens (greensheet method) erzeugt werden, das allgemein herkömmlich bei der Herstellungeines geschichteten piezoelektrischen Betätigungsglieds verwendet wird.Das Ausgangsmaterial bzw. die Ausgangsmaterialplatte (green sheet)wird in der nachstehend beschriebenen Weise vorbereitet.
[0112] Zunächst werdenBleioxid-, Zirkonoxid-, Titanoxid-, Niobiumoxid-, Strontiumkarbonatpulverund dergleichen als Hauptstartmaterialien für das piezoelektrische Materialin Abhängigkeitvon der gewünschtenZusammensetzung durch ein bekanntes Verfahren gewichtet. Gemäß diesemAusführungsbeispielwerden die Materialien derart vorbereitet, dass die endgültige Zusammensetzungein sog. PZT (Blei-Zirkon-Titanat) wird, wobei ebenfalls die Startmaterialienin eine Zusammensetzung gemischt werden, die um 1 bis 2 % reicherim Bleich als die stöichiometrischeZusammensetzung ist, unter Berücksichtigungder Verdampfung des Bleis. Diese Startmaterialien werden in einemMischer trocken gemischt und dann bei 800 bis 950°C kalziniert.
[0113] Danachwerden destilliertes Wasser und ein Dispergiermittel zu den kalziniertenPulvern hinzugefügt, umeine Aufschlämmungvorzubereiten, die dann nass unter Verwendung einer Mediumrührmühle pulverisiert wird.
[0114] Nachdemdas Ergebnis (das Pulver) getrocknet und entfettet ist, wird einLösemittel,ein Bindemittel, ein Weichmacher, ein Dispergiermittel usw. hinzugefügt, unddie resultierende Mischung wird in einer Kugelmühle gemischt. Die Aufschlämmung wirddann im Vakuum (in vacuo) entschäumt(de-foamed), und ihre Viskositätwird gesteuert, währendsie mit einem Rührerin einer Vakuumausrüstunggerührtwird.
[0115] Danachwird die Aufschlämmungin Ausgangsmaterial (green sheet) mit einer vorbestimmten Dicke unterVerwendung eines Abstreifgeräts(doctor blade apparatus) geformt.
[0116] Dannwird das wiederhergestellte (recovered) Ausgangsmaterial entwederdurch ein Pressgerät(eine Stanze) ausgestanzt oder wird durch ein Messer geschnitten,um rechteckige Körpermit einer vorbestimmten Größe zu erhalten.
[0117] Danachwird, wie es in 4 gezeigtist, eine Silber/Palladiumpaste (die nachstehend als Ag/Pd-Paste bezeichnetist) mit einem Verhältnisvon Silber zu Palladium von 7:3 beispielsweise auf eine der Oberflächen desgeformten Ausgangsmaterials 7 siebgedruckt. 4 zeigt ein Beispiel für das Ausgangsmaterialnach Druck des Metallmusters. Dabei diese Paste unter Verwendungeines Metalls wie Ag, Pd, Cu, Ni, Au oder Pt oder zumindest einerMetallart vorbereitet werden, die aus diesen Metallen ausgewählt ist.
[0118] EinMuster der Ag/Pd-Paste, die etwas kleiner als die Oberfläche desAusgangsmaterials 7 ist, wird auf eine im Wesentlichengesamte Oberflächedes Ausgangsmaterials geformt, um dieses als interne Elektrodenschicht 153 (154)zu verwenden. Ein elektrodenfreier Abschnitt 75, der freivon der internen Elektrode 153 (154) ist, istauf eine der gegenüberliegendenSeiten der Oberflächendes Ausgangsmaterials angeordnet. Das heißt, dass die interne Elektrodenschicht 153 (154)eines der Enden auf den gegenüberliegendenSeiten des Ausgangsmaterials nicht erreicht, sondern nur das andereEnde erreicht. Bei Formung der internen Elektrodenschichten 153 (154)wird das gewünschteAusgangsmaterial 7 (die gewünschtes Ausgangsmaterialplatte) 7 erhalten.
[0119] Gemäß dem veranschaulichtenAusführungsbeispielwird eine vorbestimmte Stapelanzahl von Ausgangsmaterialien 7 entsprechendder erforderlichen Spezifikation des Versatzausmaßes despiezoelektrischen Betätigungsglieds 1 vorbereitet.Eine erforderliche Zahl von Ausgangsmaterialplatten, auf denen keine internenElektrodenschichten 153 (154) gedruckt sind, wirdebenfalls vorbereitet.
[0120] Danachwerden die Ausgangsmaterialien, bei denen jeweils die internen Elektrodenschichten 153 (154)darauf gedruckt sind, gestapelt, wie es in 5 gezeigt ist. Dabei werden die Ausgangsmaterialien 7 derartgestapelt, dass die Elektroden freie Abschnitte 75 abwechselndauf der linken und auf der rechten Seite positioniert werden, wiees veranschaulicht ist.
[0121] Dabeisei bemerkt, dass in 5 dieinternen Elektrodenschichten, deren elektrodenfreier Abschnitt aufder linken Seite angeordnet ist, als interne Elektrodenschichten 153 dargestelltsind, und die internen Elektrodenschichten, deren elektrodenfreierAbschnitt auf der rechten Seite angeordnet ist, als interne Elektrodenschichten 154 dargestelltsind.
[0122] Eingestapelter Körper(Stapelkörper) 70,der aus insgesamt 30 Schichten der Ausgangsmaterialplatten besteht,wird hergestellt, wie es in 6 gezeigtist, indem einundzwanzig (21) Platten der Ausgangsmaterialplatten 7,auf denen interne Elektrodenschichten 153 und 154 geformtsind, gestapelt werden, woraufhin ein Anbringen von Ausgangsmaterialplattenohne interne Elektrodenschichten 153 und 154 aufund unter die gestapelten Ausgangsmaterialplatten 7 folgt.Es sei bemerkt, dass in 6 derStapelkörper 70 zurvereinfachten Darstellung derart gezeigt ist, dass die Stapelanzahlweggelassen ist.
[0123] Danachwird der Stapelkörper 70 wärmegepresst,wird dann bei 400 bis 700°Cin einem elektrischen Ofen entfettet, wird bei 900 bis 1200°C gebranntund wird dann in eine gewünschteForm poliert. Gemäß diesemBeispiel wird ein Anfasen (Abkanten) (C-Anfasen) von 1 mm an denEcken mit einer Größe von 7mm² und einer Dicke des Stapelkörpers inStapelrichtung auf 1,8 mm eingestellt. Als Ergebnis wird jede Ausgangsmaterialplatte 7 indie piezoelektrische Keramikschicht 151 umgewandelt, undwird der zurückgesetzteAbschnitt 155 an dem elektrodenfreien Abschnitt geformt,wobei auf diese Weise die piezoelektrische Einheit 15 abwechselndgestapelte piezoelektrische Keramikschichten 151 und interneElektrodenschichten 153 sowie 154 aufweist, wiees in 7 gezeigt ist.Obwohl in 7 zur vereinfachtenDarstellung die Anzahl der gestapelten Schichten nicht angegebenist, weist die piezoelektrische Einheit 15 zwanzig (20)Schichten der aktiven piezoelektrischen Schichten als piezoelektrischeVorrichtungen auf. Zwanzig (20) piezoelektrische Einheiten 15 werdenin dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt.
[0124] Nachder Erzeugung der zwanzig (20) piezoelektrischen Einheiten 15 werdendiese gestapelt, um das piezoelektrische Betätigungsglied 1 gemäß 1 bis 3 zu erhalten. Die Herstellung ist nachstehendbeschrieben.
[0125] Zunächst werdenaus Ag hergestellte externe Elektroden 5 und 6 derartgeformt, dass sie die Seitenoberfläche der piezoelektrischen Einheiten 15 einklemmen.
[0126] Dieexterne Elektrode 5 wird an der Position jeder piezoelektrischenEinheit 15 geformt, an der die interne Elektrodenschicht 153 miteinem der Pole freiliegt, um eine Verbindung mit jeder internenElektrodenschicht 153 herzustellen.
[0127] Dieexterne Elektrode wird an der Position jeder piezoelektrischen Einheit 15 geformt,an der die interne Elektrodenschicht 153 mit dem anderenPol freiliegt, um eine Verbindung mit jeder internen Elektrodenschicht 154 herzustellen.
[0128] Danachwird durch Anlegen einer Gleichspannung über die externen Elektroden 5 und 6 andie internen Elektrodenschichten 153 und 154 derpiezoelektrischen Einheit 15 mit den daran geformten externenElektroden 5 und 6 eine Polarisation induziert.
[0129] Danachwerden, wie es in 1 bis 3 gezeigt ist, zwanzig (20)piezoelektrische Einheiten 15, die wie vorstehend beschriebenpolarisiert worden sind, überdie Kopplungsoberfläche 156 (vgl. 7) aufeinander gestapelt,um das piezoelektrische Betätigungsglied 1 gemäß 1 bis 3 zu erzeugen. Das resultierende piezoelektrischeBetätigungsgliedwird als "MusterE1" bezeichnet.
[0130] Indem piezoelektrischen Betätigungsglied 1 alsMuster E1 betrug die minimale Breite L des zurückgesetzten Abschnitts 1550,3 mm, und betrug die Variationsbreite W des zurückgesetztenAbschnitts 155 0,5 mm.
[0131] Gemäß diesemBeispiel werden andere piezoelektrische Betätigungsglieder in derselbenWeise wie die Herstellung des Musters E1 mit der Voraussetzung (proviso)hergestellt, dass die Anzahl der gestapelten piezoelektrischen Keramikschichten,die minimale Breite L des zurückgesetztenAbschnitts und deren Variationsbreite W geändert werden. Die resultierendenProdukte werden als "MusterE2 bis E5", "Muster Es1 bis Es4" und "Muster C1 bis C4" bezeichnet. DieEinzelheiten dieser Muster sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
[0132] Nachder Erzeugung dieser Muster wird an jedes der Muster E1 bis E5,der Muster Es1 bis Es4 und der Muster C1 bis C4 eine elektrischeSpannung angelegt, um die Haltbarkeit und Stabilität jedesMusters gemäß dem nachstehendenVerfahren zu untersuchen.
[0133] Zunächst werdenzehn (10) Muster jedes der Muster E1 bis E5 und der Muster C1 bisC4 bereitgestellt, und werden Betriebstest 4 × 10⁸ maldurch Anlegen einer positiven Antriebsspannung von 150 V ohne Anlegen einernegativen elektrischen Spannung ausgeführt. Die Muster werden beobachtet,um zu bestimmen, ob ein Kurzschluss während des Betriebs der Mustererzeugt wurde oder nicht. Muster, die keinen Kurzschluss in jedemTest erfahren haben, werden als
[0134] DieErgebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
[0135] AusTabelle 1 geht hervor, dass die Muster E1 bis E5 und die MusterEs1 bis Es4 nicht mehr als 50 piezoelektrische Keramikschichtenaufweisen, und dass die minimale Breite L und die VariationsbreiteW des zurückgesetztenAbschnitts innerhalb des Bereichs von 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm und W ≤ 0,5 mm jeweilsliegen. Die Muster E1 bis E5 und die Muster Es1 bis Es4 erfahrenkeinen Kurzschluss währenddes Betriebs bis zum 2 × 10⁸-ten Mal und sind hervorragend in Hinblickauf Haltbarkeit und Betriebstabilität.
[0136] Insbesondereerfahren die Muster Es1, Es3 und Es4, in denen die minimale BreiteL und die Variationsbreite W des zurückgesetzten Abschnitts aufdem Bereich von 0,2 mm ≤ L ≤ 0,6 mm undW ≤ 0,3 mmjeweils eingestellt wurden, keinen Kurzschluss während des Betriebs bis zumdem 4 × 10⁸-ten Mal, und zeigen daher eine noch hervorragenderereHaltbarkeit und Stabilität.
[0137] Inden Mustern E1 bis E9 und den Mustern Es1 bis Es4 weist jede piezoelektrischeEinheit 50 nicht mehr als 50 piezoelektrische Keramikschichtenauf. Daher kann das Auftreten von Rissen innerhalb der piezoelektrischenEinheit wirksam unterdrücktwerden.
[0138] Demgegenüber weisendie Muster C1 und C2 eine größere Anzahlvon piezoelektrischen Einheiten auf, die 50 Schichten überschreiten.Weiterhin sind in den Mustern C3 und C4 die minimale Breite L unddie Variationsbreite W des zurückgesetztenAbschnitts jeweils außerhalbdes Bereichs von 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm undW ≤ 0,5 mm.In den Mustern C1 bis C4 tritt ein Kurzschluss während des Betriebs bis zum2 × 10⁸-ten Mal in allen Mustern auf, so dass Haltbarkeitund Stabilitätnicht ausreichend sind.
[0139] DiesesBeispiel soll die Herstellung zweier piezoelektrischer Betätigungsglieder 1 (dienachstehend als Muster E6 und E7 bezeichnet sind) durch abwechselndesStapeln piezoelektrischer Keramikschichten 151 und internerElektrodenschichten 153 sowie 154 wie gemäß 1 in derselben Weise wiedie in Beispiel 1 unter der Bedingung erläutern, dass das Positionsverhältnis unddie Formen der piezoelektrischen Keramikschichten, der internenElektrodenschichten und der externen Elektroden geändert sind.
[0140] 8 und 9 zeigen jeweils ein Anordnungsmusterder internen Elektrodenschichten 153 und 154 in Bezugauf die piezoelektrischen Keramikschichten 151 und dieexternen Elektroden 5 und 6 bei den gemäß diesemBeispiel hergestellten piezoelektrischen Betätigungsgliedern.
[0141] Diepiezoelektrischen Betätigungsgliedergemäß diesemBeispiel werden wie in 1 undin derselben Weise wie gemäß Beispiel1 unter der Bedingung hergestellt, dass die internen Elektrodenschichten 153 und 154 derartgeformt werden, dass die freiliegenden Elektrodenabschnitte 158 und 159 derinternen Elektrodenschichten 153 und 154 lediglichan den Verbindungsabschnitten mit den externen Elektroden 5 und 6 vorhandensind, und der zurückgesetzteAbschnitt 155 die internen Elektrodenschichten 153 und 154 umgeben,wie es in 8 und 9 gezeigt ist. Die auf dieseWeise hergestellten Produkte werden als "Muster E6 und E7" jeweils bezeichnet.
[0142] Inden Mustern E6 und E7 sind die internen Elektrodenschichten 153 und 154 imWesentlichen in derselben Form wie die piezoelektrische Keramikschicht 151 hergestellt,jedoch ist deren Größe kleinerals diejenige der Keramikschicht 151, wie es in 8 und 9 dargestellt ist.
[0143] Wenndie freiliegenden Elektrodenabschnitte 158 und 159 vollständig mitden externen Elektroden 5 und 6 wie in den MusternE6 und E7 abgedeckt sind, wird eine Variation der Kopplungsflächen mitden externen Elektroden klein, könnenVersatzübergangseigenschaftenstabilisiert werden und könnenpiezoelektrische Betätigungsgliedermit einer höherenStabilitäterhalten werden.
[0144] DiesesBeispiel soll ein piezoelektrisches Betätigungsglied gemäß der zweitenAusgestaltung der Erfindung erläutern.
[0145] Daspiezoelektrische Betätigungsgliedgemäß diesemBeispiel ist das piezoelektrische Betätigungsglied 1 mitden piezoelektrischen Einheiten 15, die durch abwechselndesStapeln der piezoelektrischen Schichten 151 und der internenElektrodenschichten 153 sowie 154 geformt sind,wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 2 beschriebenist. Jede der piezoelektrischen Einheiten 15 weist einPaar externer Elektroden 5 und 6 mit zueinanderunterschiedlichen Potentialen an deren Seitenoberflächen auf.
[0146] Dieinternen Elektrodenschichten 153 und 154 weisenjeweils die freiliegenden Elektrodenabschnitte 158 und 155 auf,die zu den Seitenoberflächender piezoelektrischen Einheit 15 sich erstrecken. Die freiliegendenElektrodenabschnitte 158 und 159 sind mit eineraus dem Paar der externen Elektroden 5 und 6 verbunden,und die externen Elektroden 5 und 6 wechseln schichtweise.
[0147] 10 zeigt die musterartiggeformten internen Elektrodenschichten 153 und 154,wenn das piezoelektrische Betätigungsgliedgemäß diesemBeispiel aus der Stapelrichtung betrachtet wird.
[0148] Wiees in 10 gezeigt ist,ist der zurückgesetzteAbschnitt 155 als eine Aussparungsregion jeder internenElektrodenschicht 153 und 154 von der Seitenoberfläche derpiezoelektrischen Einheit teilweise um jede interne Elektrodenschicht 153, 154 geformt.
[0149] Eineaus dem Paar der externen Elektroden wird als "erste externe Elektrode 5" bezeichnet, unddie andere externe Elektrode wird als "zweite externe Elektrode 6" bezeichnet. Diemit der ersten externen Elektrode 5 verbundene interneElektrodenschicht wird als "ersteinterne Elektrodenschicht 153" bezeichnet, und die mit der zweitenexternen Elektrode 6 verbundene interne Elektrodenschichtwird als "zweiteinterne Elektrodenschicht 154" bezeichnet. Gemäß diesemBeispiel weisen die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten 153 und 154 einederartige Anordnung auf, dass die zweite interne Elektrodenschicht 154 ander Seitenoberfläche,an der die erste interne Elektrodenschicht 153 freiliegt,nicht freiliegt, um ein gegenseitiges Überlappen der freiliegendenElektrodenabschnitte 158 und 159 zu vermeiden,wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten 153 und 154 ausder Stapelrichtung betrachtet werden.
[0150] DieFlächeeiner der ersten und zweiten internen Elektrodenschichten 153 und 154 istgrößer alsdie Flächeder anderen internen Elektrodenschicht. Es sei bemerkt, dass gemäß diesemBeispiel die interne Elektrodenschicht mit der größeren Fläche diezweite interne Elektrodenschicht 154 ist, und dass diejenigemit der kleineren Flächedie erste interne Elektrodenschicht 153 ist, wie es in 10 dargestellt ist.
[0151] Wenndie ersten und zweiten internen Elektrodenschichten 153 und 154 ausder Stapelrichtung betrachtet werden, wird der äußere Umfang (Umfang) der piezoelektrischenaktiven Region 150, in der sich die ersten und zweiteninternen Elektrodenschichten 153 und 154 einander überlappen,als "äußerer UmfangA" bezeichnet. Indiesem äußeren UmfangA wird der Abschnitt, der mit der internen Elektrodenschicht mitder größeren Fläche (derzweiten internen Elektrodenschicht 154) der ersten undzweiten internen Elektrodenschichten 153 und 154 biszu der Außenseitedes äußeren RandsA als "äußerer UmfangB" bezeichnet. Dann erfüllen dieLänge Ades äußeren RandsA und die LängeB des äußeren RandsB die Beziehung: B ≥ 0,5 × A.
[0152] DasHerstellungsverfahren des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 gemäß diesemBeispiel ist dasselbe wie dasjenige gemäß Beispiel 1 mit der Ausnahme,dass die Formen der internen Elektrodenschichten 153 und 154 geändert sind,wie es in 10 gezeigtist. Das resultierende Betätigungsgliedwird als "Muster E8" bezeichnet.
[0153] Gemäß dem Beispiel8 sind die erste interne Elektrodenschicht 153 und diezweite interne Elektrodenschicht 154 derart geformt, dassder Überlappungsabschnittder ersten und zweiten internen Elektrodenschichten 153 und 154 (dieRegion, die durch die gestrichelte Linie umgeben ist und durch schräge Linienausgestrichen ist), das heißt,die piezoelektrisch aktive Region 150, die als die piezoelektrischeVorrichtung aktiv ist, im Wesentlichen quadratisch wird.
[0154] Wenndie ersten und zweiten internen Elektrodenschichten 153 und 154 ausder Stapelrichtung betrachtet werden, erfüllen unter der Annahme, dassder äußere Umfangder piezoelektrisch aktiven Region 150 als "äußerer Umfang A" bezeichnet wirdund in diesem äußeren UmfangA der Abschnitt, der mit der internen Elektrodenschicht mit dergrößeren Fläche (derzweiten internen Elektrodenschicht 154) der ersten undzweiten internen Elektrodenschichten 153 und 154 biszu der Außenseitedes äußeren RandsA abgedeckte Abschnitt als "äußerer UmfangB" bezeichnet wird,die LängeA des äußeren RandsA und die LängeB des äußeren RandsB die Beziehung B ≥ 0,5 × A.
[0155] Essei bemerkt, dass 10 sowie 11 und 12, auf die sich später bezogen wird, die Anordnung dergemusterten ersten und zweiten internen Elektrodenschichten relativzu den piezoelektrischen Keramikschichten und den externen Elektrodenschichtenzeigen, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichtenaus der Stapelrichtung gesehen werden. In jeder Zeichnung stelltein Pfeil den äußeren UmfangB dar. Obwohl dieser Pfeil tatsächlichden äußeren UmfangA (der durch die gepunktete bzw. gestrichelte Linie in 10 dargestellte Abschnitt) überlappt,ist dieser zur vereinfachten Darstellung etwas verschoben.
[0156] Gemäß diesemBeispiel werden zusätzlichzu der Herstellung des Musters E8 piezoelektrische Betätigungsgliedermit unterschiedlichen Mustern der internen Elektrodenschichten gegenüber denjenigendes Musters E8 wie in 11 und 12 gezeigt hergestellt undwerden als "MusterE9" (11) sowie "Muster E10" ( 12) bezeichnet. Die Muster E9 und E10sind dieselben wie das Muster E8 unter der Bedingung, dass die Musterder internen Elektrodenschichten geändert sind.
[0157] Inden Mustern E8 bis E10 liegt die zweite interne Elektrodenschicht 154 ander Seitenoberflächenicht frei, an der die erste interne Elektrodenschicht 153 freiliegt,damit sich die freiliegenden Elektrodenabschnitte 158 derersten und zweiten internen Elektrodenschichten 153 und 154 nichteinander überlappen,wie es in 10 bis 12 gezeigt ist.
[0158] Weiterhinerfüllenin den Mustern E8 bis E10 die LängeA des äußeren RandsA und die LängeB des äußeren RandsB die Beziehung: B ≥ 0,5 × A.
[0159] AlsErgebnis könnendie piezoelektrischen Betätigungsgliederder Muster E8 bis E10 das Auftreten einer Kriechentladung an ihrenSeitenoberflächenvermeiden.
[0160] Weiterhinwird eine Variation in der Flächeder piezoelektrisch aktiven Region 150 (der durch die gestrichelteLinie umgebende und durch Schräglinienin 10 bis 12 ausgestrichene Bereich)als der Bereich, in der zwei interne Elektrodenschichten 153 und 154 einander überlappen,nicht leicht durch Positionierfehler beeinträchtigt, wenn die internen Elektrodenschichten 153 und 154 gestapeltwerden. Daher weisen die piezoelektrischen Betätigungsglieder der Muster E8bis E10 eine hervorragende Haltbarkeit und extrem hohe Stabilität der Eigenschaftenwie elektrostatischer Kapazitätund Versatzausmaß auf.
[0161] Weiterhinergeben sich, wenn die internen Elektrodenschichten 153 und 154 derartgeformt sind, dass eine dieser internen Elektrodenschichten einegrößere Oberflächenfläche aufweistund ein äußerer UmfangA der piezoelektrisch aktiven Region 150 die Beziehung äußerer UmfangB = 0,5 × Aerfüllt,nützlicheEffekte wie die Blockierung von negativen Beeinträchtigungen,beispielsweise eine Positionierabweichung während des Stapelns der internenElektrodenschichten 153 und 154. Das heißt beispielsweise,dass im vergleich zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied mit den internenElektrodenschichten 153 und 154 mit im Wesentlichen demselbenAufbau es möglichwird, in diesem piezoelektrischen Betätigungsglied die nachteiligenWirkungen wie eine Positionierabweichung während des Stapelns auf etwadie Hälfteoder weniger zu verringern.
[0162] Wennbeispielsweise die internen Elektrodenschichten 153 und 154 imWesentlichen mit demselben Aufbau geformt sind, wie es in 25 gezeigt ist, wird dieFlächeder piezoelektrischen aktiven Region 150 im Wesentlichenverringert, falls eine Stapelabweichung der internen Elektrodenschicht 154 inBezug auf die interne Elektrodenschicht 153 bewirkt wird.Es sei bemerkt, dass in 25(a) dieveranschaulichte piezoelektrisch aktive Region 150 sichin idealen Stapelbedingungen befindet, und es daher keine Stapelabweichung zwischenden internen Elektrodenschichten 153 und 154 gibt.Weiterhin zeigen 25(b) und 26(c) die piezoelektrischaktiven Bereiche 150 mit variierten Flächen, die als Ergebnis einerPositionsabweichung auf beiden Richtungsseiten (Seite a+ und Seitea–) derRichtung der diagonalen a in den internen Elektrodenschichten 153 und 154 mitdem im Wesentlichen quadratischen Aufbau.
[0163] Demgegenüber zeigt 26 die Anordnung der internenElektrodenschichten 153 und 154, bei der einedieser internen Elektrodenschichten, d. h. die interne Elektrodenschicht 153,eine größere Fläche aufweist undsie die Beziehung äußerer UmfangB = 0,5 × Ain Bezug auf den äußeren UmfangA der piezoelektrisch aktiven Region 150 erfüllt, zusammenmit einer Variation der Flächeder piezoelektrisch aktiven Region 150, die durch eineStapelabweichung bewirkt wird. Es sei bemerkt, dass in 26(a) sich die veranschaulichte piezoelektrischaktive Region 150 in idealer Stapelbedingung befindet,und es daher keine Stapelabweichung zwischen den internen Elektrodenschichten 153 und 154 gibt.In den veranschaulichten Stapelbedingungen sind die internen Elektrodenschichten 153 und 154 mitdem im Wesentlichen quadratischen Aufbau mit Überlagerung von zwei Seitenund einer Ecke davon gestapelt sind. Weiterhin zeigen 26(b) und 26(c) eine Variation der Fläche derpiezoelektrisch aktiven Bereiche 150, die verursacht wird,wenn eine Positionsabweichung in beiden Richtungsseiten (Seite a+und Seite a–)der Richtung der Diagonalen a in den internen Elektrodenschichten 153 und 154 mitden im Wesentlichen quadratischen Aufbau bewirkt wird.
[0164] Wiees in 26(b) gezeigtist, wird, wenn eine Stapelabweichung in einer Richtung der Diagonalen a,d. h. in der Richtung a+, in der internen Elektrodenschicht 154 verursachtwird, die Flächeder piezoelektrisch aktiven Region 150 wie bei der vorstehendunter Bezugnahme auf 25 beschriebenenpiezoelektrisch aktiven Region 150 verringert wird. Jedochwird, wie es in 26(c) gezeigtist, die Flächeder piezoelektrisch aktiven Region 150 nicht variiert,selbst wenn eine Stapelabweichung in der anderen Richtung der Diagonalen a,d. h. der Richtung a- in der internen Elektrodenschicht 154 verursachtwird.
[0165] Dasheißt,wenn eine der internen Elektrodenschichten 153 und 154 derartausgelegt ist, dass sie eine größere Fläche aufweist,und die internen Elektrodenschichten 153 und 154 derartgeformt sind, dass sie die Beziehung: äußerer Umfang B = 0,5 × A erfüllen, wiees vorstehend beschrieben worden ist, kann die Richtung der Stapelabweichung,die eine Variation der piezoelektrisch aktiven Region bewirken kann,lediglich auf eine Signalrichtung gesteuert werden. Es kann nämlich imGegensatz zu den internen Elektrodenschichten 153 und 154 mitdem im Wesentlichen gleichen Aufbau gemäß 25 die Wahrscheinlichkeit der Verringerungder piezoelektrisch aktiven Region aufgrund einer Stapelabweichungauf etwa die Hälfteoder weniger verringert werden.
[0166] Weiterhinzeigt 27 einen Graphen,der eine Beziehung zwischen dem Wert von (äußerer Umfang B/äußerer UmfangA) der piezoelektrisch aktiven Region 150 und eine Variationder Eigenschaften des piezoelektrischen Betätigungsglieds zeigt, die beieiner Stapelabweichung zwischen den internen Elektrodenschichten 153 und 154 verursachtwerden. In 27 ist derWert von (äußerer UmfangB/äußerer UmfangA) auf der Abszisse aufgetragen, und die Variation der Eigenschaftenist auf der Ordinate aufgetragen. Es sei bemerkt, dass die Variationder Eigenschaften (%) durch Dividieren der Eigenschaften (elektrostatischeKapazität)des Betätigungsglieds,bei dem eine Stapelabweichung verursacht wurde, durch die entsprechendenEigenschaften des Betätigungsgliedsberechnet wurde, bei dem keine Stapelabweichung verursacht wurde.Weiterhin entsprechen die Buchstaben (A) bis (F) in 27 den Buchstaben (A) bis (F) gemäß 28, in der verschiedeneKombinationen der Profilmuster der internen Elektrodenschichten 153 und 154 jeweilsdargestellt sind. Wie es in 28(A) bis 28(F) gezeigt ist, sind dieinternen Elektrodenschichten 153 und 154 mit unterschiedlichenKombinationen der Profilmuster gestapelt. In den 28(A) bis 28(F) zeigtdie linke Seite eine Kombination der internen Elektrodenschichten 153 und 154 unteridealen Stapelbedingungen, wohingegen die rechte Seite eine Kombinationder internen Elektrodenschichten 153 und 154 miteiner Stapelabweichung zeigt.
[0167] Wieaus 27 hervorgeht, kannmit Anstieg des Werts von (äußerer UmfangB/äußerer UmfangA) eine Variation der Eigenschaften wirksam blockiert werden. Insbesonderekann, falls der Wert von (äußerer UmfangB/äußerer UmfangA) auf 0,6 oder mehr erhöhtwird, das heißt,wenn die Gleichung: B ≥ 0,6 × A erfüllt wird,die Variation der Eigenschaften auf 5 % oder weniger verringertwerden. Falls weiterhin der Wert von (äußerer Umfang B/äußerer UmfangA) auf den Bereich von nicht weniger als 0,6 bis nicht mehr als0,75 eingestellt wird, wodurch die Beziehung 0,6 × A ≤ B ≤ 0,75 × A erfüllt istund die erste interne Elektrodenschicht 153 und die zweiteinterne Elektrodenschicht 154 derart aufgebaut sind, dassdie freiliegenden Elektrodenabschnitte jeder der ersten und zweiteninternen Elektrodenschichten 153 und 154 nichtauf derselben Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit freiliegen, wird es möglich, dieWirkungen der Vermeidung des elektrischen Kurzschließens aufgrundeiner Kriechentladung weiter zu verbessern, wobei eine Variationder Eigenschaften effektiver blockiert wird.
[0168] DiesesBeispiel soll ein piezoelektrisches Betätigungsglied erläutern, daseine Variation an dem äußeren Umfangder internen Elektrodenschicht aufweist.
[0169] Daspiezoelektrische Betätigungsgliedgemäß diesemBeispiel kann durch das Ausgangsmaterialplattenverfahren (greensheet method) in derselben Weise wie gemäß Beispiel 1 hergestellt werden.Die Form der internen Elektrodenschicht, die in der piezoelektrischenKeramikschicht geformt wird, ist dieselbe wie die Form von MusterE6 gemäß Beispiel2 (vgl. 8).
[0170] Sechs(6) piezoelektrische Betätigungsgliederwerden durch das Siebdruckverfahren durch Ändern der minimalen BreiteL und der Variationsbreite W des zurückgesetzten Abschnitts in derselbenWeise wie gemäß Beispiel1 hergestellt. Die resultierenden Muster werden "Muster E11 bis E16" genannt. Die minimale Breite L unddie Variationsbreite W jedes Musters sind in der nachstehenden Tabelle2 zusammengefasst.
[0171] Weiterhinwerden sechs (6) piezoelektrische Betätigungsglieder in derselbenWeise wie die Muster E11 bis E16 unter der Bedingung hergestellt,dass die Größe des Siebgitters(screen mesh) zur Bildung der internen Elektrodenschichten auf derAusgangsmaterialplatte der piezoelektrischen Keramikschicht in dem Ausgangsmaterialplattenverfahrengeändertist. Die resultierenden Muster werden als "Muster E11a bis E16a" bezeichnet.
[0172] Wiees in 13 und 14 gezeigt ist, ist die äußere Kantejeder internen Elektrodenschicht 154 nicht linear, sondernweist eine Kurvenform mit einer gewissen Variation in jedem derMuster E11 bis E16 und den Mustern E11a bis E16a auf. Wenn die Breiteder Variation, das heißtdie Variationsbreite D gemessen wird, beträgt diese 0,2 mm in allen MusternE11 bis E16, und beträgt0,4 mm in allen Mustern E11a bis E16a.
[0173] DieMessung der Variation der äußeren Kanteder internen Elektrodenschicht wird durch eine Dimensionsabmessungunter Verwendung von SEM-Photographien (SEM = Abtastelektronenmikroskop,Scanning Electron Microscope) durchgeführt.
[0174] Tabelle2 zeigt die Einzelheiten der Muster E11 bis E16 und der Muster E11abis E16a.
[0175] Gemäß diesemBeispiel wurden die 4 × 10⁸ Betriebstests der Muster E11 bis E16 undder Muster E11a bis E16a durch Anlegen einer elektrischen Spannungan jedes Muster in derselben Weise wie gemäß Beispiel durchgeführt. DieMuster wurden beobachtet, um zu bestimmen, ob während des Betriebs der MusterKurzschlüsseerzeugt worden sind oder nicht. Muster, die keinen Kurzschluss injedem Test erfahren haben, werden als
[0176] Wieaus Tabelle 2 hervorgeht, zeigte keines der Muster E11 bis E16 undder Muster E11a bis E16a einen Kurzschluss bis zur 2,0 × 10⁸-ten Ausführung des Betriebs, weshalbdiese eine hohe Haltbarkeit aufweisen.
[0177] Jedochtrat zwischen der 2 × 10⁸-ten und der 4 × 10⁸-tenAusführungdes Betriebs in den Mustern E11a und E13a bis E16a ein Kurzschlussauf.
[0178] ImGegensatz dazu zeigen die Muster E11, und E13 bis E16, die dieselbeminimale Breite L und dieselbe Variationsbreite W wie die MusterE11a und E13a bis E16a aufweisen, jedoch unterschiedliche VariationsbreitenD aufweisen, keinen Kurzschluss bis zu der 4 × 10⁸-tenAusführungdes Betriebs und weisen eine höhereHaltbarkeit auf.
[0179] Zurweiteren Untersuchung dieser Ergebnisse sind die Ergebnisse vonTabelle 2 in 15 und 16 aufgetragen. 15 zeigt die Ergebnisseder Muster E11 bis E16, bei denen die Variationsbreite D der internen Elektrodenschichten0,2 mm beträgt.
[0180] 16 zeigt die Ergebnisseder Muster E11a bis E16a, bei denen die Variationsbreite D der internen Elektrodenschicht0,4 mm beträgt.
[0181] In 15 und 16 stellt die Abszisse die minimale BreiteL des zurückgesetztenAbschnitts dar, und stellt die Ordinate die Variationsbreite W deszurückgesetztenAbschnitts dar. Es sei bemerkt, dass in 15 und 16
[0182] Wieaus 15 und 16 hervorgeht, erfahren diepiezoelektrischen Betätigungsgliedergemäß diesem Beispiel(Muster E11 bis E16 und Muster E11a bis E16a) keinen Kurzschlussselbst bei der hohen Anzahl von Betriebsdurchführungen von 2 × 10⁸ keinen Kurzschluss und weisen eine hervorragendeHaltbarkeit auf, wenn die minimale Breite L des zurückgesetztenAbschnitts und deren Variationsbreite W innerhalb der durch die gestricheltenLinien in 15 und 16 umgebenen Bereiche fällt.
[0183] Wiejedoch aus 16 hervorgeht,erfahren, wenn die Anzahl der Betriebsdurchführungen erhöht wird, die Muster E11a undE13a bis E16a Kurzschlüsse,bevor die Anzahl der Durchführungendes Betriebs auf 4 × 10⁸ mal erhöhtwird.
[0184] Demgegenüber erfahren,wie es aus 15 hervorgeht,die Muster E11, E14 und E15 keine Kurzschlüsse selbst bis zur 4 × 10⁸-ten Ausführung des Betriebs, da siedieselbe minimale Breite L und dieselbe Variationsbreite W des zurückgesetztenAbschnitts wie in den Mustern E11a, E14a und E15a, jedoch eine VariationsbreiteD der internen Elektrodenschicht von 0,2 mm aufweisen.
[0185] Wieaus dem Vorhergehenden hervorgeht, kann die Haltbarkeit der piezoelektrischenBetätigungsgliederweiter durch Halten der Variationsbreite D der internen Elektrodenschichteninnerhalb von 0,2 mm verbessert werden.
[0186] DiesesBeispiel soll ein piezoelektrisches Betätigungsglied erläutern, beidem der Abstand von einem Grenzabschnitt zwischen dem freiliegendenElektrodenabschnitt und dem zurückgesetztenAbschnitt der piezoelektrischen Einheit zu der an der Seitenoberfläche derpiezoelektrischen Einheit auf der Seite des zurückgesetzten Abschnitts angeordnetenexternen Elektrode auf zumindest 0,2 mm als der kürzeste Abstandentlang der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit eingestellt ist.
[0187] Wiees in 17 und 18 gezeigt ist, wird dasin 1 gezeigte piezoelektrischeBetätigungsglied 1 durchAnordnen der internen Elektrodenschichten 153 und 154 sowieder externen Elektroden 5 und 6 an dem resultierendenpiezoelektrischen Betätigungsgliedderart hergestellt, dass der Abstand c von dem Grenzabschnitt 8 zwischendem freiliegenden Elektrodenabschnitt 159, der nicht mitden externen Elektroden 5 und 6 verbunden ist,und dem zurückgesetztenAbschnitt 155 zu den an den Seitenoberflächen derpiezoelektrischen Einheit 15 angeordneten externen Elektroden 5 und 6 aufder Seite des zurückgesetztenAbschnitts 15 zumindest 0,2 mm als der kürzeste Abstandentlang der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit 15 beträgt, wobei der Rest des Aufbausderselbe wie bei Muster E8 von Beispiel 3 ist. Dieses Muster wirdals "Muster E17" bezeichnet.
[0188] 17 zeigt teilweise die Seitenoberfläche derpiezoelektrischen Einheit 15 in dem piezoelektrischen Betätigungsgliedals Muster E17, und 18 zeigtdas Anordnungsmuster der internen Elektrodenschichten 153 und 154 inBezug auf die piezoelektrische Keramikschicht 151 und dieexternen Elektroden 5 und 6 bei dem Muster E17.
[0189] Indem Muster E17 weist die interne Elektrodenschicht 153,die mit einer der externen Elektroden 5 verbunden ist,keinen freiliegenden Elektrodenabschnitt 158 außer an demAbschnitt auf, an dem sie mit der externen Elektrode 5 verbundenist, wie es in 18 gezeigtist.
[0190] Dieinterne Elektrodenschicht 154, die mit der anderen externenElektrode 6 verbunden ist, weist die freiliegenden Elektrodenabschnitte 159 ananderen Abschnitten als die Seitenoberflächen auf, an denen die externenElektroden 5 und 6 geformt sind.
[0191] Daherist, wie es in 17 und 18 gezeigt ist, die an eineranderen Seitenoberflächeals die Seitenoberflächen,an der die externen Elektroden 5 und 6 geformtsind, freiliegende interne Elektrodenschicht die interne Elektrodenschicht 154,die mit der externen Elektrode 6 verbunden ist.
[0192] Weiterhinbeträgtbei dem Muster E17 der Abstand c von dem Grenzabschnitt 8 zwischendem freiliegenden Elektrodenabschnitt 159, der nicht mitden externen Elektroden 5 und 6 verbunden ist,und dem zurückgesetztenAbschnitt 155 zu der auf der Seitenoberfläche derpiezoelektrischen Einheit 15 angeordneten Elektrode 5 zumindest0,2 mm als der kürzesteAbstand entlang der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit 15.
[0193] Somitwird es möglich,das Auftreten einer Kriechentladung auf den Seitenoberflächen despiezoelektrischen Betätigungsgliedswirksam zu verhindern, wenn die internen Elektrodenschichten 153 und 154 und dieexternen Elektrodenschichten 5 und 6 derart angeordnetsind, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
[0194] DiesesBeispiel soll die Herstellung eines piezoelektrischen Betätigungsgliedserläutern,bei dem die äußerste Schichtder piezoelektrischen Einheit Aktivität aufweist.
[0195] Zunächst wird,wie es in 19 gezeigtist, die piezoelektrische Einheit 15 ähnlich zu derjenigen gemäß Beispiel1 vorbereitet. Die piezoelektrische Einheit 15 wird durchabwechselndes Stapeln piezoelektrischer Keramikschichten 151 undinterne Elektrodenschichten 153 und 154 hergestellt.Eine interne Elektrodenschicht wird auf der Oberfläche der äußerstenSchicht 152 der piezoelektrischen Keramikschichten 151 in derpiezoelektrischen Einheit 15 geformt.
[0196] Danachwerden zwei externe Elektroden 5 und 6 mit unterschiedlichenPotentialen derart geformt, dass sie die Seitenoberflächen derpiezoelektrischen Einheit 15 zwischen sich aufnehmen, wiees in 20 gezeigt ist.Die externe Elektrode 5 ist elektrisch mit der internenElektrodenschicht 153 verbunden, und die externe Elektrode 6 istelektrisch mit der internen Elektrodenschicht 154 verbunden.
[0197] Weiterhinweist die externe Elektrode 5 einen Hauptkörperabschnitt 51,der an der Seitenoberfläche despiezoelektrischen Betätigungsglieds 1 angeordnetist, und einen Verzweigungsabschnitt 53 auf, der derart geformtist, dass er sich im Wesentlichen im rechten Winkel aus dem Hauptkörperabschnitt 51 erstrecktund die äußerste Schicht 152 derpiezoelektrischen Einheit 15 bedeckt.
[0198] Danachwerden die piezoelektrischen Einheiten 15 derart aufeinandergestapelt, dass, wenn die Verzweigungsabschnitte 53 derexternen Elektroden 5 einander überlappen, und die Hauptkörperabschnitte 51 derexternen Elektroden 5 und die externen Elektroden 6 auf derselbenSeitenoberflächenach Stapeln positioniert werden, um das piezoelektrische Betätigungsgliedzu erhalten. Das resultierende Betätigungsglied wird als "Muster E18" bezeichnet.
[0199] Indem Muster E18 sind die Verzweigungsabschnitte 53 der externenElektroden 5 zwischen piezoelektrischen Einheiten 15 angeordnet,wie es in 20 gezeigtist.
[0200] Indem resultierenden piezoelektrischen Betätigungsglied erfährt die äußerste Schicht 152 jederpiezoelektrischen Einheit 15 ebenfalls einen Versatz, wenneine elektrische Spannung angelegt wird, und wird piezoelektrischaktiv. Als Ergebnis kann das Versatzausmaß pro Einheitslängen despiezoelektrischen Betätigungsgliedsin Stapelrichtung erhöhtwerden und kann somit das piezoelektrische Betätigungsglied eine größere Antriebskraftzeigen.
[0201] Wiees vorstehend beschrieben worden ist, weist ein piezoelektrischesBetätigungsglied(1) piezoelektrische Einheiten (15) auf, die jeweilsdurch abwechselndes Stapeln einer piezoelektrischen Keramikschicht (151)und einer internen Elektrodenschicht (153 oder 154)hergestellt sind. Die piezoelektrische Einheit (15) ist durchStapeln von nicht mehr als 50 piezoelektrischen Keramikschichten(151) gebildet. Die piezoelektrische Einheit (15)weist an ihren Seitenoberflächenein paar externer Elektroden (5, 6) mit unterschiedlichenPotentialen auf. Die interne Elektrodenschicht (153, 154)weist einen freiliegenden Elektrodenabschnitt (158, 159) auf,der an den Seitenoberflächender piezoelektrischen Einheit (15) freiliegt. Die interneElektrodenschicht ist überden freiliegenden Elektrodenabschnitt (158, 159)mit einer aus dem Paar der externen Elektroden (5, 6) verbunden,und das Verbindungsgegenstückdes freiliegenden Elektrodenabschnitts ist abwechselnd für jede Schichtgewechselt. Ein zurückgesetzterAbschnitt (155) als eine Aussparungsregion der internenElektrodenschicht (153, 154), die sich nicht zuder Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit (15) erstreckt, ist teilweisein einem Randabschnitt der internen Elektrodenschicht (153, 154)geformt. Eine minimale Breite (L) des zurückgesetzten Abschnitts (155)und deren Variationsbreite (W) erfüllen die Beziehung 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm undW ≤ 0,5 mm.

权利要求:
Claims (12)
[1] Piezoelektrisches Betätigungsglied mit piezoelektrischenEinheiten, die durch abwechselndes Stapeln einer piezoelektrischenKeramikschicht und einer internen Elektrodenschicht hergestelltwerden, wobei die piezoelektrische Einheit durch Stapeln vonnicht mehr als 50 Schichten der piezoelektrischen Keramikschichtengebildet wird und ein Paar externer Elektroden mit unterschiedlichenPotentialen an deren Seitenoberflächen aufweist, die internenElektrodenschichten freiliegende Elektrodenabschnitte aufweist,die zu den Seitenoberflächender piezoelektrischen Einheiten freiliegen und durch die freiliegendenElektrodenabschnitte mit einer aus dem Paar der externen Elektrodenschichtenverbunden sind, und die externe Elektrode als ein Verbindungsgegenstück der freiliegendenElektrodenabschnitte abwechselnd für jede Schicht gewechselt wird, einzurückgesetzterAbschnitt als eine Aussparungsregion der internen Elektrodenschicht,die nicht zu der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit erstreckt ist, teilweise in einemRandabschnitt der internen Elektrodenschicht geformt ist, und eineminimale Breite L, die als minimaler Wert eines Abstands von derSeitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit an dem zurückgesetzten Abschnitt zu einemEndabschnitt jeder internen Elektrodenschicht definiert ist, undeine Variationsbreite W, die als Differenz zwischen einem maximalenWert und einem minimalen Wert des Abstands von der Seitenoberfläche jederpiezoelektrischen Einheit an jedem zurückgesetzten Abschnitt zu jederinternen Elektrodenschicht definiert ist, im Querschnitt des piezoelektrischenBetätigungsgliedsin einer Stapelrichtung die folgende Beziehung (1) erfüllt: 0,1 mm ≤ L ≤ 1,0 mm, W ≤ 0,5 mm (1)
[2] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach Anspruch1, wobei die minimale Breite L und die Variationsbreite W die folgendeBeziehung (2) erfüllen: 0,2 mm ≤ L ≤ 0,6 mm, W ≤ 0,3 mm (2)
[3] Piezoelektrisches Betätigungsglied mit piezoelektrischenEinheiten, die durch abwechselndes Stapeln einer piezoelektrischenKeramikschicht und einer internen Elektrodenschicht hergestelltwerden, wobei die piezoelektrische Einheit durch Stapeln einPaar externer Elektroden mit unterschiedlichen Potentialen an derenSeitenoberflächenaufweist, die internen Elektrodenschichten freiliegende Elektrodenabschnitteaufweist, die zu den Seitenoberflächen der piezoelektrischenEinheiten freiliegen und durch die freiliegenden Elektrodenabschnittemit einer aus dem Paar der externen Elektrodenschichten verbundensind, und die externe Elektrode als ein Verbindungsgegenstück der freiliegendenElektrodenabschnitte abwechselnd für jede Schicht gewechselt wird, einzurückgesetzterAbschnitt als eine Aussparungsregion der internen Elektrodenschicht,die nicht zu der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit erstreckt ist, teilweise in einemRandabschnitt der internen Elektrodenschicht geformt ist, und unterder Annahme, dass eine aus dem Paar der externen Elektroden eineerste externe Elektrode ist, die andere eine zweite Elektrode ist,die mit der ersten externen Elektrode verbundene interne Elektrodenschicht eineerste interne Elektrodenschicht und die mit der zweiten externenElektrode verbundene interne Elektrodenschicht eine zweite interneElektrodenschicht sind, die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten derartaufgebaut sind, dass der freiliegende Elektrodenabschnitt derzweiten internen Elektrodenschicht nicht in dem Abschnitt der piezoelektrischenEinheit freiliegt, auf dem der freiliegende Elektrodenabschnittder ersten internen Elektrodenschicht freiliegt, um ein Überlappender freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internen Elektrodenschichtmit denjenigen der zweiten internen Elektrodenschicht zu vermeiden,wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichten perspektivischin Stapelrichtung betrachtet werden, die Fläche von entweder den erstenoder den zweiten internen Elektrodenschichten größer als die Fläche der andereninternen Elektrodenschicht ist, und eine Länge A eines äußeren UmfangsA und eine LängeB eines äußeren UmfangsB die Beziehung B ≥ 0,5 × A erfüllen, wobeider äußere UmfangA den äußeren Umfangeiner piezoelektrisch aktiven Region darstellt, die als Region definiertist, in der die erste interne Elektrodenschicht und die zweite interneElektrodenschicht sich einander überlappen,und der äußere UmfangB einen Abschnitt darstellt, in dem diejenige interne Elektrodenschichtmit der größeren Fläche derersten und zweiten internen Elektrodenschichten an dem äußeren UmfangA das äußere des äußeren UmfangsA abdeckt, wenn die ersten und zweiten internen Elektrodenschichtenperspektivisch in Stapelrichtung betrachtet werden.
[4] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach Anspruch3, wobei die LängeA des äußeren UmfangsA und die LängeB des äußeren UmfangsB die Beziehung B ≥ 0,6 × A erfüllen.
[5] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach Anspruch4, wobei die LängeA des äußeren UmfangsA und die LängeB des äußeren UmfangsB die Beziehung B ≤ 0,75 × A erfüllen, unddie freiliegenden Elektrodenabschnitte der ersten internen Elektrodenschichtund die freiliegenden Elektrodenabschnitte der zweiten internenElektrodenschicht nicht auf derselben Seitenoberfläche derpiezoelektrischen Einheit freiliegen.
[6] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 5, wobei die interne Elektrodenschicht eine Variation an einer äußeren Kanteder internen Elektrodenschicht aufweist, und eine VariationsbreiteD als D ≤ 0,2mm definiert ist.
[7] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 6, wobei die externe Elektrode vollständig die freiliegenden Elektrodenabschnitteabdeckt.
[8] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 7, wobei ein Abstand von einer Grenze zwischen dem freiliegendenElektrodenabschnitt und dem zurückgesetztenAbschnitt auf der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit zu der externen Elektrode, die aufder Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit angeordnet ist, auf der Seite deszurückgesetztenAbschnitts zumindest 0,2 mm beträgt,was als kürzesterAbstand entlang der Seitenoberflächeder piezoelektrischen Einheit gemessen wird.
[9] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 8, mit einer Vielzahl von gestapelten piezoelektrischen Einheiten.
[10] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach Anspruch9, wobei die äußerste Schichtder gestapelten piezoelektrischen Einheiten eine Aktivität aufweist.
[11] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 10, wobei die piezoelektrische Keramikschicht aus einem PZT-Materialgebildet ist.
[12] Piezoelektrisches Betätigungsglied nach einem derAnsprüche1 bis 11, wobei das piezoelektrische Betätigungsglied für eine Einspritzvorrichtungverwendet wird.

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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JP2005005680A|2005-01-06|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2010-09-16| 8110| Request for examination paragraph 44|

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2014-01-14| R002| Refusal decision in examination/registration proceedings|

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2014-04-30| R003| Refusal decision now final|Effective date: 20140218 |

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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