DE102005056900A1

DE102005056900A1 - Laminiertes, piezoelektrisches Element und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102005056900A1
Application number: DE200510056900
Authority: DE
Inventors: Shige Kariya Kadotani; Akio Kariya Iwase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: US7288875B2; US20060119219A1; JP4876467B2; JP2006190959A; DE102005056900B4

Abstract

Die Erfindung stellt ein laminiertes piezoelektrisches Element bereit, das ein Ablösen eines elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindert und eine ausgezeichnete Beständigkeit und hohe Zuverlässigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des laminierten piezoelektrischen Elements. DOLLAR A Ein laminiertes piezoelektrisches Element 1 weist ein keramisches Laminat 10 auf, das durch abwechselndes Übereinanderlegen einer piezoelektrischen Schicht 11 aus einem piezoelektrischen Material und inneren Elektrodenschichten 21 und 22 mit elektrischer Leitfähigkeit und durch Ausbilden von Schutzschichten 12 aus Keramik an beiden Enden des keramischen Laminats 10 in Laminierungsrichtung ausgebildet wird, sowie eine äußere Elektrode 34, die über ein elektrisch leitfähiges Haftmittel 33 mit Seitenflächen 101 und 102 des keramischen Laminats 10 verbunden sind. Ein oder mehrere Ausnehmungen bildende Gräben 13 sind an Seitenflächen 121 und 122 mindestens einer der Schutzschichten 12 an beiden Enden ausgebildet, und das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 ist zumindest in einen Teil der Gräben 13 gefüllt.

Description

Diese Anmeldung ist eine neue US-Patentanmeldung, die den Nutzen an der JP-2004-353165, eingereicht am 6. Dezember 2004, und JP 2005-216123, eingereicht am 26. Juli 2005, beansprucht, die beide durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein laminiertes piezoelektrisches Element, das auf ein piezoelektrisches Stellglied oder dergleichen angewendet werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Elements.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In den letzten Jahren wurden in Hinblick auf die Schonung der Umwelt, den Kraftstoffverbrauch und das Abgas aus Kraftfahrzeugen Fortschritte in der Entwicklung von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen für Kraftfahrzeuge unter Verwendung eines laminierten piezoelektrischen Elements gemacht.

Das laminierte piezoelektrische Element weist in der Regel ein keramisches Laminat auf, das durch abwechselndes Übereinanderlegen einer piezoelektrischen Schicht aus einem piezoelektrischen Material und inneren Elektrodenschichten mit elektrischer Leitfähigkeit und durch Ausbilden von Schutzschichten an beiden Enden des keramischen Laminats in Laminierungsrichtung ausgebildet wird. Eine äußere Elektrode ist über ein elektrisch leitfähiges Haftmittel mit Seitenflächen des keramischen Laminats verbunden. Eine Spannung wird zwischen den Elektroden angelegt, wodurch eine Verschiebung in der piezoelektrischen Schicht bewirkt wird, die zum Antreiben genutzt wird.

Wenn dieses laminierte piezoelektrische Element für einen Injektor verwendet wurde, traten bisher verschiedene Probleme auf, wenn der Injektor über lange Zeit bei hohen Temperaturen verwendet wird.

Beispielsweise ist die Seitenfläche des keramischen Laminats mit einem elektrisch leitfähigen Haftmittel beschichtet, um die äußere Elektrode mit dem keramischen Laminat zu verbinden. Es besteht jedoch die Gefahr, dass das elektrisch leitfähige Haftmittel aufgrund der Belastung, die durch eine piezoelektrische Verschiebung erzeugt wird, von der Seitenfläche des keramischen Laminats abgelöst wird, was ein Versagen der elektrischen Verbindung zur Folge hat. Genauer wird wegen der piezoelektrischen Verschiebung auf Schutzschichten, die an oberen und unteren Enden des keramischen Laminats ausgebildet sind, eine größere Belastung ausgeübt als auf andere Teile. Daher kann sich das elektrisch leitfähige Haftmittel leicht von diesen Schutzschichten lösen.

Als Vorgehensweise, um die genannten Probleme ausgehend vom Material zu lösen, wurde für das elektrisch leitfähige Haftmittel die Verwendung eines flexiblen Materials, welches der piezoelektrischen Verschiebung standhalten kann vorgeschlagen. Aufgrund der harten Bedingungen, die in der Umgebung herrschen, in der das elektrisch leitfähige Haftmittel verwendet wird, sind die verwendbaren Materialien jedoch beschränkt. Ferner hat die Leistungsfähigkeit der Materialien ihre Grenzen. Daher ist die Verbesserung der Materialien nicht effizient.

Andererseits wurde die Bauweise bisher nicht verbessert. In der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-270540 sind Schutzschichten mit elektrostriktivem Material und einer inneren Elektrode, die abwechselnd in Schichten angeordnet sind, dargestellt. Es wird jedoch keine Maßnahme ergriffen, um die Haftungsstärke des elektrisch leit fähigen Haftmittels zu verbessern. Daher kann dieser Vorschlag die genannten Probleme nicht lösen.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der genannten Probleme des Standes der Technik durchgeführt. Die Erfindung stellt ein laminiertes piezoelektrisches Element bereit, welches das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindert und eine ausgezeichnete Beständigkeit und hohe Zuverlässigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elements.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein laminiertes piezoelektrisches Element, das ein keramisches Laminat, welches durch abwechselndes Übereinanderlegen von piezoelektrischen Schichten aus einem piezoelektrischen Material und inneren Elektrodenschichten mit elektrischer Leitfähigkeit und durch Ausbilden von Schutzschichten aus keramischem Material an beiden Enden des keramischen Laminats in Laminierungsrichtung ausgebildet wird, sowie eine äußere Elektrode aufweist, die über ein elektrisch leitfähiges Haftmittel mit Seitenflächen des keramischen Laminats verbunden sind, wobei ein Graben oder mehrere Gräben, die Ausnehmungen bilden, an Seitenflächen mindestens einer der an beiden Enden des keramischen Laminats ausgebildeten Schutzschichten ausgebildet sind, und das elektrisch leitfähige Haftmittel in mindestens einen Teil der Gräben gefüllt wird.

Bei dem laminierten piezoelektrischen Element gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Schutzschichten aus Keramik an beiden Enden des keramischen Laminats in Laminierungsrichtung ausgebildet. Ein oder mehrere Gräben, die Ausnehmungen bilden, sind an Seitenflächen mindestens einer der an beiden Enden des keramischen Laminats ausgebildeten Schutzschichten ausgebildet, und das elektrisch leitfähige Haftmittel ist in mindestens einen Teil der Gräben gefüllt Somit kann das laminierte piezo elektrische Element das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindern und weist einen Aufbau mit ausgezeichneter Beständigkeit und hoher Zuverlässigkeit auf.

Da das elektrisch leitfähige Haftmittel in mindestens einen Teil des einen oder der mehreren Gräben, die an der Seitenfläche der Schutzschicht ausgebildet sind, eingefüllt wird, kann die Haftung zwischen der Schutzschicht und dem elektrisch leitfähigen Haftmittel aufgrund des Ankereffekts verbessert werden. Daher weist das elektrisch leitfähige Haftmittel eine Haftungsstärke auf, die den Belastungen, die durch die Spannungsverschiebung erzeugt werden, standhalten kann. Infolgedessen kommt es nicht leicht zu einem Ablösen. Anders ausgedrückt – die Schutzschicht kann das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindern.

Unter Verwendung der oben beschriebenen Anordnung kann das laminierte piezoelektrische Element, an dem Schutzschichten ausgebildet sind, die den oben beschriebenen Aufbau aufweisen, das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindern. Infolgedessen zeigt das laminierte piezoelektrische Element eine ausreichende Beständigkeit während einer Langzeitverwendung und kann eine hohe Zuverlässigkeit bereitstellen.

Die Schutzschichten sind an beiden Enden des keramischen Laminats in Laminierungsrichtung ausgebildet, wo aufgrund der piezoelektrischen Verschiebung größere Belastungen ausgeübt werden als an anderen Teilen. Daher können die Schutzschichten eine stärkere Schutzwirkung gegen das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels zeigen.

Die Gräben können auf einer der Schutzschichten an den zwei Seiten des keramischen Laminats ausgebildet sein oder sie können auf beiden Schutzschichten ausgebildet sein.

Wie oben erläutert, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein laminiertes piezoelektrisches Element bereitzustellen, welches das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindern kann und das eine ausgezeichnete Beständigkeit und hohe Zuverlässigkeit aufweist.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines laminierten piezoelektrischen Elements, das ein keramisches Laminat, welches durch abwechselndes Übereinanderlegen von piezoelektrischen Schichten aus einem piezoelektrischen Material und inneren Elektrodenschichten mit elektrischer Leitfähigkeit und durch Ausbilden von Schutzschichten aus Keramik an beiden Enden des keramischen Laminats in Laminierungsrichtung ausgebildet wird, sowie eine äußere Elektrode aufweist, die über ein elektrisch leitfähiges Haftmittel mit Seitenflächen des keramischen Laminats verbunden ist,
wobei das Verfahren zum Ausbilden mindestens einer der Schutzschichten auf beiden Seiten des keramischen Laminats zumindest folgendes umfasst:
einen Druckschritt, bei dem eine nicht-bleibende Schlitzschicht, die verschwindet, wenn eine Grünschicht gesintert wird, gedruckt wird und bei dem eine Abstandshalterschicht mit etwa der gleichen Dicke wie die nicht-bleibende Schlitzschicht in einer Region gedruckt wird, die neben der Region liegt, in der die nicht-bleibende Schlitzschicht gedruckt wird;
einen Presslaminierungsschritt, bei dem ein Laminatrohling durch Laminieren und Pressen der Grünschicht ausgebildet wird, und
einen Sinterschritt, bei dem Gräben, die dadurch, dass die nicht-bleibende Schlitzschicht durch Brennen des Laminatrohlings verschwindet, Ausnehmungen bilden.

Da mindestens eine der Schutzschichten an den zwei Seiten des keramischen Laminats ausgebildet wird, umfasst das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens den Druckschritt, den Presslaminierungsschritt und den Sinterschritt. Zunächst werden im Druckschritt die nicht-bleibende Schlitzschicht und die Abstandshalterschicht auf die Grünschicht gedruckt, und dann wird der Presslaminierungsschritt durchgeführt. Im Sinterschritt verschwindet die nicht-bleibende Schlitzschicht nach dem Brennen, wodurch Gräben ausgebildet werden, die Ausnehmungen bilden. Daher kann das laminierte piezoelektrische Element, das durch Ausbilden der Schutzschichten erhalten wird, das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindern und weist einen Aufbau mit hervorragender Beständigkeit und hoher Zuverlässigkeit auf.

Dadurch, dass im Druckschritt die nicht-bleibende Schlitzschicht ausgebildet wird, werden die Ausnehmungen bildenden Gräben in der Schutzschicht ausgebildet, die nach dem Sinterschritt erhalten wird. Wenn das elektrisch leitfähige Haftmittel in die Gräben gefüllt wird, kann die Haftung zwischen der Schutzschicht und dem elektrisch leitfähigen Haftmittel aufgrund des Ankereffekts verbessert werden. Daher weist das elektrisch leitfähige Haftmittel eine Haftungsstärke auf, die den Belastungen, die durch die Spannungsverschiebung entstehen, standhalten kann. Infolgedessen kommt es nicht leicht zu einer Ablösung. Anders ausgedrückt – die Schutzschicht kann die Ablösung des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindern.

Unter Verwendung dieser Anordnung kann das laminierte piezoelektrische Element, das durch Ausbilden der Schutzschicht mit dem oben angegeben Aufbau hergestellt wird, kann die Ablösung des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindern. Infolgedessen zeigt das laminierte piezoelektrische Element eine ausreichende Beständigkeit während einer Langzeitanwendung und kann eine hohe Zuverlässigkeit erreichen.

Die Schutzschichten werden an beiden Enden des keramischen Laminats in Laminierungsrichtung ausgebildet, wo aufgrund einer piezoelektrischen Verschiebung größere Belastungen ausgeübt werden als an anderen Teilen. Daher können die Schutzschichten der Ablösung des elektrisch leitfähigen Haftmittels besser entgegenwirken.

Die Gräben können auf einer der Schutzschichten auf den beiden Seiten des keramischen Laminats ausgebildet werden oder sie können auf beiden Schutzschichten ausgebildet werden.

Wie oben erläutert, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein laminiertes piezoelektrisches Element bereitgestellt werden, welches das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindern kann und eine ausgezeichnete Beständigkeit und hohe Zuverlässigkeit zeigt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine erläuternde Skizze des Aufbaus eines laminierten piezoelektrischen Elements gemäß Beispiel 1.
2 ist eine erläuternde Skizze des Aufbaus eines keramischen Laminats gemäß Beispiel 1.
3 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Bedruckens einer Grünschicht gemäß Beispiel 1.
4 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Laminierens von Grünschichten gemäß Beispiel 1.
5 ist eine erläuternde Skizze des Aufbaus einer Schutzschicht gemäß Beispiel 1.
6 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts der Herstellung eines keramischen Laminats durch Verbinden von Schutzschichten mit einem dazwischen liegenden Laminat gemäß Beispiel 1.
7 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Aufbringens eines elektrisch leitfähigen Haftmittels gemäß Beispiel 1.
8 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Verbindens von äußeren Elektroden gemäß Beispiel 1.
9 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Aufbringens eines elektrisch leitfähigen Haftmittels auf Seitenflächen von Schutzschichten gemäß Beispiel 1.
10 ist eine erläuternde Skizze eines Umformungsschritts mit einer Formmasse gemäß Beispiel 1.
11 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Bedruckens von Grünschichten und des Laminierens von Grünschichten gemäß Beispiel 2.
12 ist eine erläuternde Skizze eines Ausbaus einer Schutzschicht auf der gesamten Umfangsseitenfläche, auf der in Abständen Gräben ausgebildet sind, gemäß Beispiel 2.
13 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Bedruckens von Grünschichten und des Laminierens der Grünschichten gemäß Beispiel 3.
14 ist eine erläuternde Skizze des Ausbaus einer Schutzschicht auf Seitenflächen, in der in Abständen Gräben ausgebildet sind, gemäß Beispiel 3.
15 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Bedruckens von Grünschichten und des Laminierens der Grünschichten gemäß Beispiel 3.
16 ist eine erläuternde Skizze des Aufbaus einer Schutzschicht auf den gesamten Umfangsseitenflächen, auf der in Abständen Gräben ausgebildet sind, gemäß Beispiel 3.
17 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Bedruckens von Grünschichten und des Laminierens der Grünschichten gemäß Beispiel 4.
18 ist eine erläuterndes Skizze des Aufbaus einer Schutzschicht auf Seitenflächen, auf der L-förmige Gräben ausgebildet sind, gemäß Beispiel 4.
19 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Bedruckens von Grünschichten und des Laminierens der Grünschichten nach Anspruch 4.
20 ist eine erläuternde Skizze des Ausbaus einer Schutzschicht auf den gesamten Seitenflächen, in der L-förmige Gräben gemäß Beispiel 4 ausgebildet sind.
21 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Bedruckens der Grünschichten und des Laminierens der Grünschichten nach Beispiel 5.
22 ist eine erläuterndes Skizze des Aufbaus einer Schutzschicht auf Seitenflächen, auf denen T-förmige Gräben ausgebildet sind, gemäß Beispiel 5.
23 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Bedruckens von Grünschichten und des Laminierens der Grünschichten gemäß Beispiel 5.
24 ist eine erläuterndes Skizze des Aufbaus eine Schutzschicht auf den gesamten Seitenflächen, in der T-förmige Gräben ausgebildet sind, gemäß Beispiel 5.
25 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Bedruckens von Grünschichten und des Laminierens der Grünschichten gemäß Beispiel 6.
26 ist eine erläuterndes Skizze eines Schritts des Bedruckens von Grünschichten und des Laminierens der Grünschichten gemäß Beispiel 6.
27 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Verbindens von äußeren Elektroden gemäß Beispiel 7.
28 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Beschichtens von Seitenflächen einer oberseitigen Schutzschicht mit einem elektrisch leitfähigen Haftmittel gemäß Beispiel 7.
29 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Verbindens von Leitungsdrähten gemäß Beispiel 7.
30 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Beschichtens von Seitenflächen der oberseitigen Schutzschicht mit einem elektrisch leitfähigen Haftmittel gemäß Beispiel 8.
31 ist eine erläuterndes Skizze des Aufbaus eines keramischen Laminats gemäß Beispiel 8.
32 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Verbindens von äußeren Elektroden gemäß Beispiel 8.
33 ist eine erläuternde Skizze eines Schritts des Beschichtens von Seitenflächen von Schutzschichten mit einem elektrisch leitfähigen Haftmittel gemäß Beispiel 8.
34 ist eine erläuternde Skizze des Aufbaus eines Injektors gemäß Beispiel 9.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im ersten Aspekt der Erfindung besteht die Schutzschicht vorzugsweise aus dem gleichen piezoelektrischen Material wie die piezoelektrische Schicht.
In diesem Fall kann die Exaktheit der Form des keramischen Laminats, welches die Schutzschicht und die piezoelektrische Schicht einschließt, verbessert werden.
Vorzugsweise werden die Gräben auf dem gesamten Umfang der Seitenfläche der Schutzschicht ausgebildet.
Generell wird die Seitenfläche des keramischen Laminats mit einer Formmasse aus einem Isolierharz über den gesamten Umfang umformt, wodurch eine Isolierung sichergestellt wird. Daher kann die Formmasse in die Gräben gefüllt werden, die nicht mit elektrisch leitfähigem Haftmittel gefüllt sind. Infolgedessen kann die Haftung zwischen der Formmasse und dem keramischen Laminat verbessert werden, wodurch verhindert wird, dass sich die Formmasse ablöst. Ferner kann die Haftungsstärke des elektrisch leitfähigen Haftmittels, der zwischen der Formmasse und dem keramischen Laminat vorhanden ist, verbessert werden.
Die Gräben können mit Abständen in einem vorgegebenen Muster ausgebildet werden.
In diesem Fall kann durch Füllen des elektrisch leitfähigen Haftmittels in die in Abständen ausgebildeten Gräben ein stärkerer Ankereffekt erzielt werden. Daher kann die Haftungsstärke des elektrisch leitfähigen Haftmittels auf der Schutzschicht weiter verbessert werden.
Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der inneren Breite des Grabens größer als die Breite einer Öffnung zur Seitenfläche der Schutzschicht.
In diesem Fall kann durch Füllen des elektrisch leitfähigen Haftmittels in die Gräben ein stärkerer Ankereffekt erzielt werden. Daher kann die Haftungsstärke des elektrisch leitfähigen Haftmittels auf der Schutzschicht weiter verbessert werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem laminierten piezoelektrischen Element um ein piezoelektrisches Injektorstellglied, das als Antriebsquelle für den Injektor verwendet wird.
Der Injektor wird unter harten Bedingungen in einer Umgebung mit hohen Temperaturen verwendet. Wenn das hervorragende laminierte piezoelektrische Element als Stellglied verwendet wird, können daher die Zuverlässigkeit und die Beständigkeit verbessert werden, wodurch die Gesamtleistung des Injektors verbessert wird.
Im zweiten Aspekt der Erfindung kann im Druckschritt auch nur die Abstandshalterschicht gedruckt werden, ohne nicht-bleibende Schlitze auf die Grünschicht zu drucken.
Anders ausgedrückt – auf die Grünschicht wird die Abstandshalterschicht auf einen Bereich gedruckt, der sich von dem Bereich, wo die Gräben ausgebildet werden, unterscheidet. In diesem Fall können die Gräben ausgebildet werden, ohne die nichtbleibende Schlitzschicht auf die Grünschichten zu drucken.
BEISPIELE
[Beispiel 1]
Ein laminiertes piezoelektrisches Element und ein Verfahren zur Herstellung des laminierten piezoelektrischen Elements gemäß Beispielen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf 1 bis 10 erklärt.
Wie in 1 dargestellt, weist ein laminiertes piezoelektrisches Element 1 ein keramisches Laminat 10 auf, das durch abwechselndes Übereinanderlegen einer piezoelektrischen Schicht 11 aus einem piezoelektrischen Material und inneren Elektrodenschichten 21 und 22 mit elektrischer Leitfähigkeit und durch Ausbilden von Schutzschichten 12 aus Keramik an beiden Enden des keramischen Laminats 10 in Laminierungsrichtung ausgebildet wird, und weist eine äußere Elektrode 34 auf, die über ein elektrisch leitfähiges Haftmittel 33 mit den Seitenflächen 101 und 102 des keramischen Laminats 10 verbunden ist.
Ein Graben oder mehrere Gräben 13, die Ausnehmungen bilden, sind an den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschichten 12 ausgebildet, und das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 wird zumindest in einen Teil der Gräben 13 gefüllt.
Wie in 2 dargestellt, weist in dem laminierten piezoelektrischen Element 1 das keramische Laminat 10 einen tonnenförmigen Querschnitt auf mit einem Paar einander gegenüber liegender Seitenflächen 101 und 102, die an der äußeren Umfangsfläche eines ungefähr säulenförmigen Laminats ausgebildet sind. Die Querschnittsform des keramischen Laminats 10 ist nicht auf diese Tonnenform beschränkt und kann verschiedene Gestalt aufweisen, wie eine Kreisform, eine Viereckform oder eine Achteckform, je nach Verwendung.
Wie in 1 und 2 dargestellt, sind im keramischen Laminat 10 die piezoelektrische Schicht 11 und die inneren Elektrodenschichten 21 und 22 abwechselnd übereinandergelegt. Die Schutzschichten 12 aus Keramik sind an beiden Enden des keramischen Laminats 10 in Laminierungsrichtung ausgebildet. Die Vielzahl an Ausnehmungen bildenden Gräben 13 sind an beiden Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschicht 12 ausgebildet.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, liegt an der Seitenfläche 101 des keramischen Laminats das äußere Umfangsende der inneren Elektrodenschicht 21 frei, und das äußere Umfangsende der inneren Elektrodenschicht 22 liegt nicht frei und ist nach innen zurückgesetzt. Dagegen liegt an der Seitenfläche 102 des keramischen Laminats das äußere Umfangsende der inneren Elektrodenschicht 22 frei, und das äußere Umfangsende der inneren Elektrodenschicht 21 liegt nicht frei und ist nach innen zurückgesetzt. Die innere Elektrodenschicht 21 und die innere Elektrodenschicht 22 sind abwechselnd in Laminierungsrichtung angeordnet. Anders ausgedrückt – das keramische Laminat 10 im vorliegenden Beispiel weist einen sogenannten Teilelektrodenaufbau auf.
Zusätzlich zu dem Teilelektrodenaufbau im vorliegenden Beispiel können verschiedene andere Strukturen einschließlich einer Ganzoberflächen-Elektrodenstruktur für das keramische Laminat 10 verwendet werden.
Wie in 1 und 2 dargestellt, weist das keramische Laminat 10 Schlitze 19 in einem mittleren Bereich des keramischen Laminats 10 in Laminierungsrichtung zwischen benachbarten Elektroden 21 und 22 auf. Diese Schlitze 19 weisen Schlitzabstände über den gesamten Umfang der Seitenflächen des keramischen Laminats auf, wodurch die Belastung, die aufgrund der piezoelektrischen Verschiebung erzeugt wird, gemildert wird.
Die Schlitze 19 können an unterschiedlichen Stellen und mit unterschiedlichen Formen angeordnet sein. Alternativ dazu können die Schlitze 19 auch weggelassen werden.
Wie in 1 dargestellt, sind Seitenflächenelektroden 31 und 32 an den Seitenflächen 101 bzw. 102 des keramischen Laminats 10 abgesehen von der Schutzschicht 12 bereitgestellt. Die Seitenflächenelektrode 31 ist elektrisch mit den inneren Elektrodenschichten 21 verbunden, und die Seitenflächenelektrode 32 ist elektrisch mit den inneren Elektrodenschichten 22 verbunden.
Die äußeren Elektroden 34 sind mit den Seitenflächen 121 und 122 der Seitenflächenelektroden 31 und 32 bzw. den Schutzschichten 12 über das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 verbunden. Das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 ist in die Gräben gefüllt, die an den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschichten 12 ausgebildet sind.
Die gesamte äußere Umfangsfläche des keramischen Laminats 10 ist mit einer Formmasse 35 aus isolierendem Harz umformt.
Die äußeren Elektroden 34 können selektiv mit nur den oberen Teilen der Seitenflächen 101 und 102 des keramischen Laminats 10 verbunden werden. Alternativ dazu können Zugriffselektroden 34 über das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 mit den Seitenflächen 101 und 102 des keramischen Substrats 10 verbunden sein, ohne Seitenelektroden 31 und 32 bereitzustellen.
Ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Elements 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel ist nachstehend erklärt.
Im Verfahren zur Herstellung des laminierten piezoelektrischen Elements 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel werden zumindest die folgenden Schritte durchgeführt: ein Druckschritt zum Drucken einer nicht-bleibenden Schlitzschicht 130, die verschwindet, wenn eine Grünschicht 110 gesintert wird, und zum Drucken einer Abstandshalterschicht 111 mit etwa der gleichen Dicke wie die nicht-bleibende Schlitzschicht 130 in einer Region, die an die Region grenzt, wo die nicht-bleibende Schlitzschicht gedruckt wird; ein Presslaminierungsschritt zum Ausbilden eines Laminatrohlings (worunter wir ein Laminat vor dem Sintern verstehen) 120 durch Laminieren und Pressen der Grünschicht 110; und einen Sinterungsschritt zum Ausbilden der Ausnehmungen bildenden Gräben 13 durch Beseitigen der nicht-bleibenden Schlitzschicht 130 durch Brennen des Laminatrohlings 120.
Dies wird nachstehend ausführlicher erläutert.
Zunächst wird, um die Grünschicht zu erzeugen, ein keramisches Rohmaterialpulver, wie Bleizirconattitanat (PZT) hergestellt, und dieses wird kalziniert. Dann wer den reines Wasser und ein Dispergiermittel dem kalzinierten Pulver zugesetzt, um eine Aufschlämmungsmasse herzustellen. Diese Aufschlämmungsmasse wird mit einer Perlmühle nass zerkleinert. Dieses zerkleinerte Material wird getrocknet und wird entgast und dann mit einem Lösungsmittel, einem Bindemittel, einem Weichmacher und einem Dispergiermittel gemischt. Dieses Mischungsergebnis wird mit einer Kugelmühle gemischt. Die als Ergebnis des Mischens erhaltene Aufschlämmung wird mit einem Rührer in einer Vakuumvorrichtung gerührt, wodurch die Aufschlämmung im Vakuum entschäumt wird und die Viskosität eingestellt wird. Die in 3 dargestellte Grünschicht 110 wird anhand eines Rakelverfahrens ausgebildet.
Außer dem im vorliegenden Beispiel verwendeten Rakelverfahren können auch ein Extrusionsverfahren und verschiedene andere Verfahren angewendet werden, um die Grünschicht 110 auszubilden.
Dann werden die Schutzschichten 12 unter Verwendung der erhaltenen Grünschicht 110 ausgebildet.
Beim Ausbilden der Schutzschicht 12 werden zumindest der Druckschritt, der Presslaminierungsschritt und der Sinterungsschritt ausgeführt.
<Druckschritt>
Zunächst müssen, wie in 3 dargestellt, die nicht-bleibenden Schlitzschichten 130 aus einem nicht-bleibenden Material, die durch Sintern beseitigt werden, auf dem Teil der Grünschicht 110, der mit einem Pressstempel auf eine vorgegebene Form gebracht wurde, wo die Gräben 13 ausgebildet werden sollen, gedruckt werden. In dem vorliegenden Beispiel werden, wie in 3 dargestellt, die nicht-bleibenden Schlitzschichten 130 auf den Außenumfang gedruckt, der durch gerade Umrisse auf der Grünschicht 110 ausgebildet ist, und diese Teile werden bei 120 Grad Celsius fünf Minuten lang getrocknet.
Danach wird, wie in 3 dargestellt, die Abstandshalterschicht 111 aus der Aufschlämmung, aus der die Grünschicht 110 besteht, auf den Teil der Grünschicht 110 gedruckt, wo keine nicht-bleibende Schlitzschicht 130 aufgedruckt ist, um die Höhe des Teils, der mit der nicht-bleibenden Schlitzschicht 130 bedruckt ist, der Höhe der anderen bedruckten Teile der Grünschicht 110 etwa anzugleichen.
In 3 ist die Grünschicht 110 um der Einfachheit willen in ihrer fertigen Form als Tonnenform dargestellt.
<Presslaminierungsschritt>
Dann wird, wie in 4 dargestellt, die bedruckte Grünschicht 11 mit einem nicht dargestellten Laminierungswerkzeug mit einem Pressstempel in die fertige Tonnenform gebracht. Nachdem die laminierte Grünschicht 110 aus dem Laminierungswerkzeug genommen wurde, wird die Grünschicht 110 durch Anlegen einer Last von 500 g/cm an die Grünschicht 110 mit einem Pressstempel aus der Laminierungsrichtung geformt. Die Grünschicht 110 wird für über eine Stunde in dieser Lage gehalten, wodurch der Laminatrohling 120 erhalten wird.
Vorzugsweise wird die Grünschicht 110 laminiert, bevor die Abstandshalterschicht 111 getrocknet ist. Anders ausgedrückt – wenn die Grünschicht 120 laminiert wird, während die Abstandshalterschicht 111 im aufgeschlämmten Zustand ist, spielt die Abstandshalterschicht 111 die Rolle des Haftmittels, und die Grünschicht kann leicht laminiert werden. Die noch nicht bedruckte Grünschicht 110 wird auf das obere Ende des Laminatrohlings 120 gelegt.
<Sinterschritt>
Nachdem der erhaltene Laminatrohling 120 entgast wurde, wird der entgaste Laminatrohling 120 bei 1050 Grad Celsius zwei Stunden lang gesintert.
Infolgedessen wird, wie in 5 dargestellt, die Schutzschicht 12 aus Keramik mit Ausnehmungen bildenden Gräben 13 auf den Seitenflächen 121 und 122 erhalten. Die Gräben 13 werden durch Brennen der nicht-bleibenden Schlitzschichten 130 aus einem nicht-bleibenden Material erhalten.
Im vorliegenden Beispiel wird ein Material aus Kohlenstoffteilchen, die eine geringe thermische Verformung aufweisen und die die hochpräzise Form der durch Sintern gebildeten Gräben beibehalten können, als das nicht-bleibende Material, aus dem die nicht-bleibende Schlitzschicht 130 besteht, verwendet. Außer dem genannten Material können auch pulverförmige organische Kohlenstoffteilchen, die durch Carbonisierung erhalten werden, verwendet werden. Die organischen Kohlenstoffteilchen können durch Carbonisieren der pulverförmigen organischen Teilchen erhalten werden und können auch durch Zerkleinern des carbonisierten organischen Materials erhalten werden. Für das organische Material können auch polymere Materialien, wie Harze, und Getreide, wie Maiskörner, Sojabohnen und Weizenmehl, verwendet werden. In diesem Fall können die Herstellungskosten minimiert werden.
Dann wird ein Zwischenlaminat 100 (6), welches zusammen mit der Schutzschicht 12 das keramische Laminat 10 bildet, hergestellt.
Zunächst wird eine Aufschlämmung aus einem keramischen Rohmaterialpulver, wie Bleizirconattitanat (PZT) gebildet, wie bei der Aufschlämmung, die für die Grünschicht 110 verwendet wurde. Eine Grünschicht wird aus der Aufschlämmung gebildet. Die ausgebildete Grünschicht wird mit einem Pressstempel in eine vorgegebene Form gebracht, und ein Elektrodenmaterial für die innere Elektrode wird an einer vorgegebenen Stelle aufgedruckt.
Die bedruckte Grünschicht wird mit einem Pressstempel auf ihre fertige Größe gebracht, und die Grünschichten werden laminiert. Das erhaltene Laminat wird gepresst, und eine elektrisch leitfähige Paste für die Seitenoberflächenelektrode wird auf beide Seitenflächen des Laminats aufgebracht. Das Laminat wird gesintert.
Somit wird das Zwischenlaminat 100 (6), das durch abwechselndes Übereinanderlegen von piezoelektrischen Schichten 11 aus der Grünschicht und den inneren Elektrodenschichten 21, 22 aus dem Elektrodenmaterial gebildet wird und an den Seitenoberflächen 101 und 102 mit den Seitenflächenelektroden 31 und 32 versehen ist, hergestellt.
Eine Ag/Pd-Legierung wird als Elektrodenmaterial, aus dem die inneren Elektrodenschichten 21 und 22 gebildet werden, und als leitfähige Paste, aus der die Seitenflächenelektroden 31 und 32 gebildet werden, verwendet.
Im vorliegenden Beispiel werden auch eine nicht-bleibende Schlitzschicht, die durch Brennen verschwindet, und eine Abstandsschicht zum Anpassen der Druckhöhe an vorgegebenen Stellen auf die Grünschicht gedruckt, wie bei der Grünschicht, die verwendet wird, um die Schutzschichten 12 auszubilden. Daher werden die Schlitze 19 im vorliegenden Beispiele am ganzen Umfang der Seitenflächen des Zwischenlaminats 100 ausgebildet. Die Schlitze 19 werden im mittleren Bereich des Zwischenlaminats 100 in Laminierungsrichtung der benachbarten inneren Elektrodenschichten 21 und 22 bereitgestellt.
Dann werden die Schutzschichten 12 und das Zwischenlaminat 100, die solchermaßen erhalten wurden, verwendet, um das laminierte piezoelektrische Element 1 zu erzeugen.
Zunächst werden, wie in 6 dargestellt, die Schutzschichten 12 mit beiden Enden des Zwischenlaminats 100, das mit den Seitenflächenelektroden 31 und 32 ausgestattet ist, mit dem Haftmittel 36 in Laminierungsrichtung des Zwischenlaminats 100 verbunden, wodurch das keramische Laminat 10 erhalten wird.
Dann wird, wie in 7 dargestellt, das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 auf die Seitenflächenelektroden 31 und 32 und auf die Seitenflächen der Schutzschichten 12 aufgebracht. In diesem Fall wird das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 auf die Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschichten 12 aufgebracht, um die Gräben 12 zu füllen.
Wie in 8 dargestellt, werden die äußeren Elektroden 34 in das aufgetragene elektrisch leitfähige Haftmittel 33 eingebettet.
Wie in 9 dargestellt, wird das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 breit auf die Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschichten 12 aufgetragen, so dass das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 die Gräben 13 ganz ausfüllt. Dieses Verfahren kann weggelassen werden. Das aufgetragene elektrisch leitfähige Haftmittel 33 wird erwärmt und gehärtet, wodurch die äußeren Elektroden 34 mit dem keramischen Laminat 10 verbunden werden.
Schließlich wird, wie in 10 dargestellt, der ganze Umfang der Seitenflächen des keramischen Laminats 10 mit der Formmasse 35, die aus Siliciumharz als isolierendem Harz besteht, umformt, wodurch das laminierte piezoelektrische Element wie in 1 dargestellt fertiggestellt wird.
Im vorliegenden Beispiel wird ein Epoxyharz als isolierendes Harz, in dem Ag als leitfähiger Füllstoff verteilt ist, als das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 verwendet. Für das isolierende Harz können auch verschiedene Arten von Harzen, wie Silicium, Urethan und Polyimid, zusätzlich zu dem genannten Epoxyharz verwendet werden. Für den leitfähigen Füllstoff können außer Ag auch Cu und Ni verwendet werden.
Für die äußeren Elektroden 34 wird ein gitterförmiges Expansionsmetall, das durch Bearbeiten einer Metallplatte erhalten wird, verwendet. Das Expansionsmetall ist in Längsrichtung elastisch. Zusätzlich zu dem obigen Material kann auch ein Stanzmetall oder dergleichen für die äußeren Elektroden 34 verwendet werden.
Nun wird die Funktionsweise des laminierten piezoelektrischen Elements im vorliegenden Beispiel erläutert.
Das laminierte piezoelektrische Element 1 im vorliegenden Beispiel weist Schutzschichten 12 aus Keramik auf, die an beiden Enden des keramischen Laminats 10 in Laminierungsrichtung ausgebildet sind. Ein oder mehrere Ausnehmungen bildende Gräben 13 sind an den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschichten 12 ausgebildet. Das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 füllt zumindest einen Teil der Gräben 13.
Da das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 die Gräben 13 füllt, die an den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschicht 12 ausgebildet sind, kann die Haftung zwischen der Schutzschicht 12 und dem elektrisch leitfähigen Haftmittel 33 aufgrund des Ankereffekts verbessert werden. Daher weist das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 eine Haftungsstärke auf, die den Belastungen, die durch die Spannungsverschiebung erzeugt werden, standhalten kann. Infolgedessen kommt es nicht leicht zu einer Ablösung des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33.
Mit der obigen Anordnung kann das laminierte piezoelektrische Element 1, das mit den Schutzschichten 12 mit der obigen Anordnung ausgebildet ist, das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33 verhindern. Infolgedessen zeigt das laminierte piezoelektrische Element 1 eine ausreichende Beständigkeit bei Langzeitverwendung und kann eine hohe Zuverlässigkeit erreichen.
Die Schutzschichten 12 werden an beiden Enden des keramischen Laminats 10 in Laminierungsrichtung ausgebildet, wo aufgrund einer piezoelektrischen Verschiebung größere Belastungen ausgeübt werden als in anderen Teilen. Daher können die Schutzschichten 12 das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33 wirksamer verhindern.
Im vorliegenden Beispiel bestehen die Schutzschichten 12 aus dem gleichen piezoelektrischen Material wie die piezoelektrische Schicht 11. Daher können die Größe der gesinterten Schutzschichten 12 und die Querschnittsabmessung des Zwischenlami nats 100 leicht in etwa angeglichen werden. Gleichzeitig kann die Genauigkeit der Form des keramischen Laminats 10 verbessert werden.
Das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 wird an den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschichten 12 breit aufgetragen. Daher füllt das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 die Gräben 13 ganz. Dies kann das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33 noch weiter verhindern. Selbst wenn dieses Verfahren weggelassen wird, kann das Ablösen des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33 ausreichend verhindert werden.
Das keramische Laminat 10 weist Schlitze 19 in einem Zwischenbereich des keramischen Laminats 10 in Laminierungsrichtung der benachbarten inneren Elektroden 21 und 22 auf. Diese Schlitze 19 sind am gesamten Umfang der Seitenflächen des keramischen Laminats ausgebildet. Da diese Schlitze 19 Belastungen, die aufgrund einer piezoelektrischen Verschiebung erzeugt werden, mildern können, können die Ablösung des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33 und ein Reißen der piezoelektrischen Schicht 11 verhindert werden. Infolgedessen können die Beständigkeit und die Zuverlässigkeit des gesamten laminierten piezoelektrischen Elements 1 verbessert werden.
Wie oben erläutert, ist es gemäß dem vorliegenden Beispiel möglich, ein laminiertes piezoelektrisches Element bereitzustellen, welches die Ablösung des elektrisch leitfähigen Haftmittels verhindern kann und welches eine ausgezeichnete Beständigkeit und hohe Zuverlässigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des laminierten piezoelektrischen Elements.
Im vorliegenden Beispiel bestehen die Schutzschichten 12 zwar aus dem gleichen piezoelektrischen Material wie die piezoelektrische Schicht 11, aber die Schutzschichten 12 können auch aus einem anderen Material als die piezoelektrische Schicht 11 bestehen. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Größe der gesinterten Schutzschichten 12 und die Größe des Querschnitts des Zwischenlaminats 100, welches die piezoelektrische Schicht 11 enthält, etwa gleich sind.
Das Zwischenlaminat 100 kann durch Herstellen mehrerer Einheiten und anschließendes Verbinden mit einem Haftmittel hergestellt werden.
Bei der Herstellung des keramischen Laminats 10 werden die Schutzschichten 12 und das Zwischenlaminat 100 getrennt gesintert, und danach werden diese mit dem Haftmittel 36 verbunden. Alternativ werden sowohl die Schutzschichten 12 als auch das Zwischenlaminat 100 im Zustand einer Grünschicht zu einem Laminat vereinigt, das dann gesintert werden kann.
Obwohl die Gräben 13 auf beiden Schutzschichten 12 an den zwei Enden des keramischen Laminats 10 ausgebildet werden, können die Gräben 13 auch nur auf einer Seite ausgebildet werden.
(Beispiel 2)
Gemäß Beispiel 2 werden die Gräben am gesamten Umfang der Seitenflächen der Schutzschichten ausgebildet, wie in 11 und 12 dargestellt.
Im vorliegenden Beispiel werden im Druckschritt die nicht-bleibenden Schlitzschichten 130 auf den Außenumfang der Grünschicht 110 gedruckt, und die Abstandshalterschicht 111 wird auf den Teil der Grünschicht gedruckt, der nicht mit der nichtbleibenden Schlitzschicht bedruckt wurde, wie in 11 dargestellt. Danach wird die Schutzschicht 12 im gleichen Verfahren ausgebildet wie in Beispiel 1.
Infolgedessen werden die Gräben 13 am gesamten Umfang der Seitenflächen der erhaltenen Schutzschicht 12 ausgebildet, wie in 12 dargestellt.
Andere Teile werden auf die gleiche Weise ausgebildet wie in Beispiel 1 erläutert.
In diesem Fall wird das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 von den Gräben 13, die am ganzen Umfang der Seitenflächen der Schutzschicht 12 ausgebildet sind, in die Grä ben 13 gefüllt, die an den Seitenflächen 121 und 122 ausgebildet sind. Die Form-masse 35 wird in die Gräben 13 gefüllt, die in anderen Bereichen ausgebildet sind. Daher wird die Haftung zwischen der Formmasse 35 und dem keramischen Laminat 10 verbessert, und die Haftungsstärke des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33, das von der Formmasse 35 umformt ist, wird erhöht.
Andere Teile weisen die gleiche Funktionsweise auf wie die Teile gemäß Beispiel 1.
(Beispiel 3)
Gemäß Beispiel 3 werden die Gräben mit Abständen auf den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschicht 12 ausgebildet, wie in 13 und 14 dargestellt.
Im vorliegenden Beispiel werden im Druckschritt die nicht-bleibenden Schlitzschichten 130 mit Abständen auf den Außenumfang der Grünschicht 110, die durch gerade Umrisse ausgebildet wird, gedruckt. In diesem Fall wird die Größe zumindest eines Teils der inneren Breite der gedruckten nicht-bleibenden Schlitzschichten 130 größer eingestellt als die Größe der äußeren Breite der gedruckten nicht-bleibenden Schlitzschichten 130. Die Abstandshalterschicht 111 wird auf den Teil der Grünschicht 110 gedruckt, wo die nicht-bleibenden Schlitzschichten 130 nicht aufgedruckt wurden. Danach wird die Schutzschicht 12 auf die gleiche Weise ausgebildet wie in Beispiel 1.
Infolgedessen werden die Gräben 13 mit Abständen an den Seitenflächen 121 und 122 der erhaltenen Schutzschicht 12 ausgebildet, wie in 14 dargestellt.
Andere Teile werden auf die gleiche Weise ausgebildet wie in Beispiel 1 erläutert.
In diesem Fall werden die Gräben mit Abständen ausgebildet, und die Größe mindestens eines Teils der inneren Breite des Grabens 13 ist größer als die Größe der Breite einer Öffnung zu den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschicht 12. Wenn das elek trisch leitfähige Haftmittel 33 in die Gräben 13 gefüllt wird, wird daher der Ankereffekt groß, und die Haftstärke des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33 kann weiter verbessert werden.
Andere Teile weisen die gleiche Funktionsweise auf wie die Teile gemäß Beispiel 1.
Im vorliegenden Beispiel können die Gräben 13 auch mit Abständen am gesamten Umfang der Seitenflächen der Schutzschicht 12 ausgebildet werden, wie in 15 und 16 dargestellt. In diesem Fall kann zusätzlich zur obigen Funktionsweise die Funktionsweise gemäß Beispiel 2 erhalten werden.
(Beispiel 4)
Gemäß Beispiel 4 werden L-förmige Gräben an den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschicht 12 ausgebildet, wie in 17 und 18 dargestellt.
Im vorliegenden Beispiel werden im Druckschritt zwei Druckschichten 140 auf der Grünschicht 110 ausgebildet, wie in 17 dargestellt. Auf jeder Druckschicht 140 werden die nicht-bleibende Schlitzschicht 130 und die Abstandshalterschicht 111 an vorgegebenen Stellen gedruckt. Danach wird die Schutzschicht 12 anhand des gleichen Verfahrens ausgebildet wie in Beispiel 1.
Infolgedessen werden die L-förmigen Gräben an den Seitenflächen 121 und 122 der erhaltenen Schutzschicht ausgebildet wie in 18 dargestellt.
Andere Teile werden auf die gleiche Weise ausgebildet wie in Beispiel 1 erläutert.
In diesem Fall werden die Gräben 13 in L-Form ausgebildet, und die Größe mindestens eines Teils der inneren Breite des Grabens 13 ist größer als die Größe der Breite einer Öffnung zu den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschicht 12. Wenn das elek trisch leitfähige Haftmittel 33 in die Gräben 13 gefüllt wird, wird daher der Ankereffekt größer, und die Haftungsstärke des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33 kann noch weiter verbessert werden.
Andere Teile weisen die gleiche Funktionsweise auf wie die Teile gemäß Beispiel 1.
Im vorliegenden Beispiel können die L-förmigen Gräben 13 auch am ganzen Umfang der Seitenflächen der Schutzschicht 12 ausgebildet werden, wie in 19 und 20 dargestellt. In diesem Fall kann zusätzlich zur genannten Funktionsweise die Funktionsweise gemäß Beispiel 2 erhalten werden.
(Beispiel 5)
Gemäß Beispiel 5 werden T-förmige Gräben 13 an den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschicht 12 ausgebildet, wie in 21 und 22 dargestellt.
Im vorliegenden Beispiel werden im Druckschritt drei Druckschichten 140 auf der Grünschicht 110 ausgebildet, wie in 21 dargestellt. Auf jeder Druckschicht 140 werden die nicht-bleibende Schlitzschicht 130 und die Abstandshalterschicht 111 an einer vorgegebenen Stelle gedruckt. Danach wird die Schutzschicht 12 anhand des gleichen Verfahrens ausgebildet wie in Beispiel 1.
Infolgedessen werden die T-förmigen Gräben 1 an den Seitenflächen 121 und 121 der erhaltenen Schutzschicht 12 ausgebildet, wie in 22 dargestellt.
Andere Teile werden auf die gleiche Weise ausgebildet wie in Beispiel 1 erläutert.
In diesem Fall werden die Gräben 13 in T-Form ausgebildet, und die Größe mindestens eines Teils der inneren Breite des Grabens 13 ist größer als die Größe der Breite einer Öffnung zu den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschicht 12. Wenn das elek trisch leitfähige Haftmittel 33 in die Gräben 13 gefüllt wird, wird daher die Ankerwirkung größer, und die Haftungsstärke des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33 kann ferner verbessert werden.
Andere Teile weisen die gleiche Funktionsweise auf wie die Teile gemäß Beispiel 1
Im vorliegenden Beispiel können die T-förmigen Gräben 13 auch am ganzen Umfang der Seitenflächen der Schutzschicht 12 ausgebildet werden, wie in 23 und 24 dargestellt. In diesem Fall kann zusätzlich zur obigen Funktionsweise auch die Funktionsweise gemäß Beispiel 2 erhalten werden.
(Beispiel 6)
Gemäß Beispiel 6 werden die Gräben 13 in der Schutzschicht 12 während des Ausbildens der Schutzschicht 12 in Beispiel 1 ohne Drucken der nicht-bleibenden Schlitzschichten 130 bereitgestellt, wie in 25 dargestellt.
Im vorliegenden Beispiel wird im Druckschritt nur die Abstandshalterschicht 111 auf dem Teil der Grünschicht 110 abgesehen vom äußeren Umfangsabschnitt, der durch eine gerade Linie ausgebildet wird, ausgebildet, wie in 25 dargestellt. Danach wird die Schutzschicht 12 anhand des gleichen Verfahrens ausgebildet wie in Beispiel 1.
Infolgedessen werden Schutzschichten ähnlich wie die Schutzschichten 12 wie in 5 dargestellt erhalten.
Andere Teile sind so aufgebaut und weisen Funktionsweisen auf, die denen gemäß Beispiel 1 ähneln.
Im vorliegenden Beispiel kann im Druckschritt die Schutzschicht 12 durch Drucken nur der Abstandshalterschicht 111 auf dem Abschnitt der Grünschicht 110 abgese hen vom äußeren Umfangsabschnitt ausgebildet werden, wie in 26 dargestellt. In diesem Fall wird eine Schutzschicht ähnlich der Schutzschicht gemäß Beispiel 2 erhalten, wie in 12 dargestellt.
Andere Teile weisen den gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise auf wie diejenigen gemäß Beispiel 2.
(Beispiel 7)
Gemäß Beispiel 7 werden die äußeren Elektroden 34 und ihre Verbindungspositionen im keramischen Laminat 10 gemäß Beispiel 1 verändert, wie in 27 bis 30 dargestellt.
27 und 28 zeigen ein Beispiel für die Verwendung der äußeren Elektroden 37 aus dem gleichen Material wie die äußeren Elektroden 34 und mit einer kleineren Länge als die äußeren Elektroden 34. Die äußeren Elektroden 37 sind mit den oberen Seitenflächen des keramischen Laminats 10 verbunden.
Wie in 27 dargestellt, wird das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 auf die Seitenflächen 101 und 102 des keramischen Laminats 10 aufgetragen. Dann werden die Endabschnitte der externen Elektroden 34 am unteren Teil der Seitenflächen des keramischen Laminats 10 angeordnet, d.h. an den Seitenflächen 121 und 122 der oberen Schutzschicht 12. Danach wird, wie in 28 dargestellt, das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 breit auf die Seitenfläche aufgetragen, um den Endabschnitt der angeordneten äußeren Elektroden 37 zu beschichten, wie in 28 dargestellt. Das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 wird erwärmt und gehärtet, wodurch die äußeren Elektroden 37 mit dem keramischen Laminat 10 verbunden werden.
Andere Teile weisen einen ähnlichen Aufbau auf wie diejenigen gemäß Beispiel 1.
Die 29 und 30 zeigen ein Beispiel für die Verwendung von Leiterdrähten 38 anstelle von äußeren Elektroden 34 gemäß Beispiel 1. Die Leiterdrähte 38 sind mit den oberen Seitenflächen des keramischen Laminats 10 verbunden.
Wie in den 29 und 30 dargestellt, werden die Leiterdrähte 38 anhand eines ähnlichen Verfahrens wie dem oben beschriebenen mit dem oberen Teil der Seitenflächen des keramischen Laminats verbunden.
Andere Teile weisen einen ähnlichen Aufbau auf wie diejenigen gemäß Beispiel 1.
In beiden Beispielen werden die äußeren Elektroden 37 und die Leiterdrähte 38 mit den Seitenflächen 121 und 122 der Schutzschichten 12 verbunden, die eine hohe Haftungsstärke des elektrisch leitfähigen Haftmittels 33 aufweisen. Daher können die äußeren Elektroden 37 und die Leiterdrähte 38 stark miteinander verbunden werden.
Andere Teile weisen Funktionsweisen auf, die denen gemäß Beispiel 1 ähnlich sind.
(Beispiel 8)
Gemäß Beispiel 8 werden die Aussparungen bildenden Gräben 13 nur auf einer Schutzschicht 12b von den Schutzschichten (12a und 12b), die am oberen Ende und am unteren Ende des keramischen Laminats 10 in Laminierungsrichtung ausgebildet sind, ausgebildet, wie in 31 dargestellt.
Im vorliegenden Beispiel werden die oberseitige Schutzschicht 12a und die unterseitige Schutzschicht 12b aus Keramik am oberen Ende bzw. am unteren Ende des keramischen Laminats 10 in Laminierungsrichtung ausgebildet, wie in 31 dargestellt. Eine Vielzahl von Ausnehmungen bildenden Gräben 13 sind an den Seitenflächen 121a und 121b der unterseitigen Schutzschicht 12b von den Schutzschichten 12a und 12b ausgebildet. Dagegen ist kein Graben 13 an den Seitenflächen 121a und 122a der oberseitigen Schutzschicht 12a ausgebildet.
Andere Teile sind ähnlich wie diejenigen gemäß Beispiel 1 aufgebaut.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen des laminierten piezoelektrischen Elements 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel erläutert.
Die oberseitige Schutzschicht 12a wird dadurch hergestellt, dass zuerst nur mehrere Grünschichten 110, die in 3 dargestellt sind, laminiert werden, das Laminat gepresst wird und das gepresste Laminat gesintert wird. Die unterseitige Schutzschicht 12b wird anhand eines Verfahrens hergestellt, das dem ähnlich ist, das zum Erzeugen der Schutzschicht 12 gemäß Beispiel 1 verwendet wird, wie in 3 bis 5 dargestellt.
Die oberseitige Schutzschicht 12a und die unterseitige Schutzschicht 12b werden an beiden Enden des Zwischenlaminats 100 mit den Seitenflächenelektroden 31 und 32, die an den Seitenflächen 101 bzw. 102 bereitgestellt sind, befestigt, wodurch das keramische Laminat 10 erhalten wird.
Dann wird, wie in 32 dargestellt, das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 auf die Seitenflächenelektroden 31 und 32 und auf die Oberflächen der Schutzschichten 12a und 12b aufgetragen. In diesem Fall wird auf den Seitenflächen 121b und 122b der Schutzschicht 12b das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 so aufgetragen, dass es die Gräben 13 füllt. Die äußeren Elektroden 34 werden so angeordnet, dass sie in das aufgetragene elektrisch leitfähige Haftmittel 33 eingebettet werden.
Wie in 33 dargestellt, wird das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 breit auf die Seitenflächen 121b und 122b der unterseitigen Schutzschicht 12b aufgetragen, so dass das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 die Gräben der unterseitigen Schutzschicht 12b ganz füllt. Danach wird das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 erwärmt und gehärtet, wodurch die äußeren Elektroden 34 mit dem keramischen Laminat 10 verbunden werden.
Zuletzt wird, wie in 10 dargestellt, der gesamte Umfang der Seitenflächen des keramischen Laminats 10 mit der Formmasse 35 aus Siliciumharz als einem isolierenden Harz umformt, wodurch das laminierte piezoelektrische Element 1 fertiggestellt wird.
Andere Teile werden anhand von Verfahren hergestellt, die dem gemäß Beispiel 1 ähnlich sind.
Im vorliegenden Beispiel werden die Ausnehmungen bildenden Gräben nur auf der unteren Schutzschicht 12b von den Schmutzschichten 12a und 12b, die auf dem keramischen Laminat 10 ausgebildet sind, ausgebildet. In diesem Fall kann das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 in ausreichendem Maße an einem Ablösen gehindert werden.
Im vorliegenden Beispiel wird das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 breit auf die Seitenflächen 121b und 122b der unterseitigen Schutzschicht 12b aufgetragen. Daher kann das elektrisch leitfähige Haftmittel 33 noch besser am Ablösen gehindert werden.
Andere Teile haben ähnliche Wirkungen wie die gemäß Beispiel 1 erhaltenen.
Im vorliegenden Beispiel werden die Ausnehmungen bildenden Gräben 13 zwar nur an der unterseitigen Schutzschicht 12b von den Schutzschichten 12a und 12b ausgebildet, aber die Gräben 13 können auch nur an der oberseitigen Schutzschicht 12a ausgebildet werden.
Die Ausbildung der Gräben 13 nur an einer der Schutzschichten 12a und 12b kann auch auf die Beispiele 2 bis 7 ebenso wie auf Beispiel 1 angewendet werden.
(Beispiel 9)
Gemäß Beispiel 9 wird das laminierte piezoelektrische Element 1 in Beispiel 1 als piezoelektrisches Stellglied für den Injektor 6 verwendet.
Der Injektor 6 gemäß dem vorliegenden Beispiel wird auf ein Common Rail-Einspritzssystem eines Dieselmotors angewendet, wie in 34 dargestellt.
Wie in 34 dargestellt, schließt der Injektor 6 ein oberes Gehäuse 62 ein, in dem das laminierte piezoelektrische Element 1 als Antriebsabschnitt untergebracht ist, und ein unteres Gehäuse 63, das am unteren Ende des oberen Gehäuses 62 befestigt ist und das eine Einspritzdüse 64 aufweist, die im unteren Gehäuse 63 ausgebildet ist.
Das obere Gehäuse 62 weist eine im Wesentlichen runde zylindrische Form auf, in die das laminierte piezoelektrische Element 1 an einer vertikalen Öffnung 621, die exzentrisch zur Mittelachse ist, eingeführt und befestigt wird.
Eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 622 ist parallel zur Seitenfläche der vertikalen Öffnung 621 bereitgestellt. Das obere Ende der Hochdruck-Kraftstoffleitung 622 steht über ein Kraftstoff-Zufuhrrohr 623, das sich zur Oberseite des oberen Gehäuses 62 erstreckt, in Verbindung mit einer nicht dargestellten äußeren Common Rail.
Eine Kraftstoff-Auslassleitung 625 ist parallel zur Seitenfläche der vertikalen Öffnung 621 bereitgestellt. Das obere Ende der Hochdruck-Kraftstoffleitung 622 steht über eine Kraftstoff-Zufuhrleitung 623, die sich bis zur Oberseite des oberen Gehäuses 62 erstreckt, mit einer nicht dargestellten äußeren Common Rail in Verbindung.
Die Ablaufleitung 624 steht über einen Spalt 60 zwischen der vertikalen Öffnung 621 und dem Antriebsabschnitt (d.h. dem laminierten piezoelektrischen Element) 1 und durch eine nicht dargestellte Leitung, die sich innerhalb der oberen und unteren Gehäuse 62 und 63 von der Lücke 60 erstreckt, mit einem Dreiwegeventil 651, das später beschrieben wird, in Verbindung.
Die Einspritzdüse 64 schließt eine Düsennadel 641 ein, die in Aufwärts- und Abwärtsrichtung innerhalb eines Kolbenkörpers 631 und in eine Einspritzöffnung 643 gleitet, aus der hochverdichteter Kraftstoff, der von einem Kraftstoffvorrat 642 zugeführt wird, durch Öffnen und Schließen mit der Düsennadel 641 in jeden Zylinder des Motors eingespritzt wird. Der Kraftstoffvorrat 642 ist um den mittleren Teil der Düsennadel herum bereitgestellt. Das untere Ende der Hochdruck-Kraftstoffleitung 622 ist am mittleren Teil der Düsennadel 641 offen. Die Düsennadel 641 nimmt einen Kraftstoffdruck in Ventilöffnungsrichtung vom Kraftstoffvorrat 642 auf und nimmt auch einen Kraftstoffdruck in Ventilschließrichtung von einer Gegendruckkammer 644, die auf die obere Endfläche gerichtet bereitgestellt ist, auf. Wenn der Druck der Gegendruckkammer 644 abnimmt, wird die Düsennadel 641 angehoben, und die Injektionsöffnung 643 wird geöffnet, wodurch der Kraftstoff eingespritzt wird.
Der Druck der Gegendruckkammer 644 wird durch das Dreiwegeventil 651 erhöht oder gesenkt. Das Dreiwegeventil 651 wird selektiv mit der Gegendruckkammer 644, der Hochdruck-Kraftstoffleitung 622 oder der Ablaufleitung 624 verbunden. Das Dreiwegeventil 651 weist ein kugelförmiges Ventil auf, das eine Mündung, die mit der Hochdruckleitung 622 oder der Ablaufleitung 64 in Verbindung steht, öffnet und schließt. Der Antriebsabschnitt 1 treibt das Ventil über einen Kolben 652 mit großem Durchmesser, eine hydraulische Steuerkammer 643 und einen Kolben 654 mit kleinem Durchmesser an.
Im vorliegenden Beispiel wird das in Beispiel 1 erläuterte laminierte piezoelekrische Element 1 für die Antriebsquelle des Injektors 6 mit dem obigen Aufbau verwendet. Das laminierte piezoelektrische. Element 1 weist einen Aufbau auf, der eine hervorragende Beständigkeit und Zuverlässigkeit. bietet. Daher kann die Gesamtleistung des Injektors 6 verbessert werden.

Claims

Laminiertes piezoelektrisches Element, das ein keramisches Laminat, das durch abwechselndes Übereinanderlegen von piezoelektrischen Schichten aus einem piezoelektrischen Material und inneren Elektrodenschichten mit elektrischer Leitfähigkeit und durch Ausbilden von Schutzschichten aus Keramik an beiden Enden des keramischen Laminats in Laminierungsrichtung ausgebildet wird, sowie eine äußere Elektrode aufweist, die über ein elektrisch leitfähiges Haftmittel mit Seitenflächen des keramischen Laminats verbunden ist, wobei ein oder mehrere Ausnehmungen bildende Gräben an den Seitenflächen mindestens einer der an beiden Enden des keramischen Laminats ausgebildeten Schutzschichten ausgebildet sind und das elektrisch leitfähige Haftmittel zumindest in einen Teil der Gräben gefüllt wird.
Laminiertes piezoelektrisches Element nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht aus dem gleichen piezoelektrischen Material besteht wie die piezoelektrische Schicht.
Laminiertes piezoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Gräben am gesamten Umfang der Seitenfläche der Schutzschicht ausgebildet sind.
Laminiertes piezoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Gräben mit Abständen voneinander in einem vorgegebenen Muster ausgebildet sind.
Laminiertes piezoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens ein Teil der inneren Breite des Grabens größer ist als die Breite der Öffnung zur Seitenfläche der Schutzschicht.
Laminiertes piezoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das laminierte piezoelektrische Element ein piezoelektrisches Injektorstellglied ist, das als Antriebsquelle für einen Injektor verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines laminierten piezoelektrischen Elements, das ein keramisches Laminat, welches durch abwechselndes Übereinanderlegen von piezoelektrischen Schichten aus einem piezoelektrischen Material und inneren Elektrodenschichten mit elektrischer Leitfähigkeit und durch Ausbilden von Schutzschichten aus Keramik an beiden Enden des keramischen Laminats in Laminierungsrichtung ausgebildet wird, sowie eine äußere Elektrode aufweist, die über ein elektrisch leitfähiges Haftmittel mit den Seitenflächen des keramischen Laminats verbunden wird, wobei das Verfahren beim Ausbilden mindestens einer der Schutzschichten an beiden Enden des keramischen Laminats zumindest folgendes umfaßt: einen Druckschritt, bei dem eine nicht-bleibende Schlitzschicht gedruckt wird, die verschwindet, wenn eine Grünschicht gesintert wird, und eine Abstandshalterschicht, die etwa genau so dick ist wie die nicht-bleibende Schlitzschicht, in einer Region angrenzend an die Region, in der die nicht-bleibende Schlitzschicht gedruckt wurde, gedruckt wird; einen Presslaminierungsschritt, bei dem ein Laminatrohling durch Laminieren und Pressen der Grünschicht ausgebildet wird; und einen Sinterschritt, bei dem Aussparungen bildende Gräben durch Beseitigen der nicht-bleibenden Schicht durch Brennen des Laminatrohlings ausgebildet werden.
Verfahren zur Herstellung eines laminierten piezoelektrischen Elements nach Anspruch 7, wobei im Druckschritt nur die Abstandshalterschicht gedruckt wird, ohne dass die nicht-bleibende Schlitzschicht auf die Grünschicht gedruckt wird.