CN102113143A - 层叠型压电元件、层叠型压电元件的制造方法、喷射装置及燃料喷射*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种层叠型压电元件,其有效抑制在层叠体的边缘部相邻的内部电极层彼此短路且提高耐久性。层叠型压电元件(1)包括交替层叠有压电体层(11)和内部电极层(13)的棱柱状的层叠体(15),层叠体(15)的侧周面的棱部(15e)被研磨加工而构成倒角部,并且,形成于倒角部的线状的研磨加工痕迹在沿着内部电极层(13)的方向上延伸。
Description
技术领域
本发明涉及使用交替层叠有压电体层和内部电极层的层叠体的层叠型压电元件、层叠型压电元件的制造方法、喷射装置及燃料喷射***。
背景技术
以往,已知有如下的层叠型压电元件(以下也简称为“元件”),其具有多个压电体层隔着内部电极层而层叠的层叠体,且在该层叠体的侧面形成有一对外部电极。该元件通常在周向上由平面部和将相邻的平面部彼此连接的棱部(边缘部)构成,当自外部电极向元件施加电压时,在边缘部相邻的内部电极层彼此容易短路(short)。
之所以这样是因为,为了将层叠体修整为棱柱状等形状,在对层叠体的表面进行研磨加工时,在层叠体的表面形成有线状的研磨加工痕迹,在边缘部,容易跨相邻的内部电极层形成线状的研磨加工痕迹。即,可认为当驱动层叠型压电元件时,跨相邻的内部电极层形成的线状的研磨加工痕迹因应力而作为裂纹发展,并通过该裂纹而产生沿面放电,或者内部电极层的导体成分通过裂纹因扩散等而移动,从而导致相邻的内部电极层彼此短路。
于是,公开有如下元件,即通过对层叠体实施倒角加工,以使边缘部成为C面或R面,从而降低在边缘部附近产生的应力(例如参照专利文献1)。
专利文献1:日本特开2006-120579号公报
但是,近年来,要求元件能够在高电压及高压力下长期连续驱动,并期待进一步提高耐久性。即,若如专利文献1所记载的那样仅对层叠体实施倒角加工以使边缘部成为C面或R面,则存在难以充分抑制相邻的内部电极层彼此短路的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题而完成的,其目的在于提供一种有效抑制在层叠体的边缘部相邻的内部电极层彼此短路且提高耐久性的层叠型压电元件,而且提供一种该层叠型压电元件的制造方法、使用该层叠型压电元件的喷射装置及燃料喷射***。
本发明的层叠型压电元件的特征在于,包括交替层叠有压电体层和内部电极层的棱柱状的层叠体,所述层叠体的侧周面的棱部被研磨加工而构成倒角部,并且,形成于该倒角部的线状的研磨加工痕迹在沿着所述内部电极层的方向上延伸。
另外,本发明的层叠型压电元件优选的是,所述层叠体形成为,线状的所述研磨加工痕迹自所述倒角部遍及与其相邻的侧周面的平坦面在沿着所述内部电极层的方向上延伸。
另外,本发明的层叠型压电元件优选的是,所述层叠体的所述侧周面的所述倒角部和所述平坦面的表面粗糙度相同。
在本发明的层叠型压电元件的制造方法中,该层叠型压电体元件包括交替层叠有压电体层和内部电极层的棱柱状的层叠体,该制造方法的特征在于,保持所述层叠体的两端部,一边使所述层叠体绕长度方向的轴旋转,一边利用研磨工具对所述层叠体的侧周面进行研磨。
另外,本发明的层叠型压电元件的制造方法优选的是,所述研磨工具被设置成能够相对于旋转的所述层叠体的侧周面进退,以便对所述层叠体的整个侧周面进行研磨。
另外,本发明的层叠型压电元件的制造方法优选的是,利用维氏硬度Hv为20以上100以下的保持工具以10MPa以上100MPa以下的按压力按压所述层叠体的两端面而将其保持。
本发明的喷射装置的特征在于,包括具有喷出孔的容器和上述任一项所述的本发明的层叠型压电元件,填充于所述容器内的液体在所述层叠型压电元件的驱动下自所述喷射孔喷出。
本发明的燃料喷射***的特征在于,包括:蓄积高压燃料的共轨;喷射蓄积于该共轨的所述高压燃料的上述本发明的喷射装置;向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵;以及向所述喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元。
根据本发明的层叠型压电元件,该层叠型压电元件包括交替层叠有压电体层和内部电极层的棱柱状的层叠体,层叠体的侧周面的棱部被研磨加工而构成倒角部,并且,形成于倒角部的线状的研磨加工痕迹在沿着内部电极层的方向上延伸,因此,在棱柱状层叠体的棱部(边缘部),线状的研磨加工痕迹沿着内部电极层形成,故在层叠型压电元件的连续驱动下,沿着线状的研磨加工痕迹因应力而产生的裂纹即便发展,该裂纹也不会彼此连接相邻的内部电极层。其结果是,可以有效抑制在边缘部相邻的内部电极层彼此短路而能够提高耐久性。
另外,根据本发明的层叠型压电元件,在层叠体形成为线状的研磨加工痕迹自倒角部遍及与其相邻的侧周面的平坦面在沿着内部电极层的方向上延伸时,不仅在层叠体的边缘部,而且在平坦面也能够有效抑制相邻的内部电极层彼此短路,因此,可以进一步提高耐久性。
另外,根据本发明的层叠型压电元件,在层叠体的侧周面的倒角部和平坦面的表面粗糙度相同时,内部电极层在层叠体侧周面露出的部分的表面粗糙度无论在层叠体侧周面的哪个部分都构成相同程度的表面粗糙度,不存在内部电极层中的局部的电场集中,所以,可以抑制在内部电极层的一部分应力集中。其结果是,无论在层叠体侧周面的哪个部分,都能够有效抑制相邻的内部电极层彼此短路,可以进一步提高耐久性。
根据本发明的层叠型压电元件的制造方法,该层叠型压电体元件包括交替层叠有压电体层和内部电极层的棱柱状的层叠体,在该制造方法中,保持层叠体的两端部,一边使层叠体绕长度方向的轴旋转,一边利用研磨工具对层叠体的侧周面进行研磨,因此,在层叠体的侧周面可以形成在沿着内部电极层的方向上延伸的线状的研磨加工痕迹。其结果是,有效抑制在层叠体的边缘部相邻的内部电极层彼此短路,从而可以制造提高了耐久性的层叠型压电元件。
另外,根据本发明的层叠型压电元件的制造方法,在研磨工具被设置成能够相对于旋转的层叠体的侧周面进退,以便对层叠体的整个侧周面进行研磨时,无论在层叠体侧周面的哪个部分,都能够以相同程度的深度形成在沿着内部电极层的方向上延伸的线状的研磨加工痕迹。其结果是,有效抑制在层叠体的侧周面相邻的内部电极层彼此短路,从而可以制造进一步提高了耐久性的层叠型压电元件。
另外,根据本发明的层叠型压电元件的制造方法,在利用维氏硬度Hv为20以上100以下的保持工具以10MPa以上100MPa以下的按压力按压层叠体的两端面而将其保持时,由于保持工具的维氏硬度Hv不会过高,因此,在保持工具保持层叠体时,保持工具的与层叠体的两端面接触的接触面被相对于层叠体按压而变形为与层叠体的两端面相一致。因此,与保持工具的维氏硬度Hv过高时相比,在保持工具及层叠体的两端面之间产生大的摩擦力,从而能够以更大的力利用保持工具保持层叠体。因此,在进行研磨时,可以抑制层叠体从保持工具偏离而导致研磨的精度降低。
另外,由于利用10MPa以上100MPa以下的按压力按压层叠体并将其保持,因此,在研磨加工时层叠体在长度方向上收缩,故可以抑制层叠体沿与长度方向正交的方向变形。因此,当研磨的阻力及由研磨液带来的压力等自研磨砥石存在的方向作用于层叠体时,可以抑制层叠体向与长度方向正交的方向中的脱离研磨砥石的方向变形。因此,在向脱离研磨砥石的方向变形的层叠体的中央部和不变形的层叠体的两端部之间,不能均匀地进行研磨的情况得以抑制。其结果是,能够不偏向某部分地均等地对层叠体的侧面进行研磨。
本发明的喷射装置包括具有喷出孔的容器和上述本发明的层叠型压电元件,填充于容器内的液体在层叠型压电元件的驱动下自喷射孔喷出,因此,因使用耐久性良好的本发明的层叠型压电元件,故构成耐久性良好的喷射装置。
本发明的燃料喷射***包括:蓄积高压燃料的共轨;喷射蓄积于该共轨的高压燃料的上述本发明的喷射装置;向共轨供给高压燃料的压力泵;以及向喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元,因此,因使用利用了耐久性良好的本发明的层叠型压电元件的喷射装置,故构成耐久性良好的燃料喷射***。
附图说明
图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的一例的侧视图。
图2是图1所示的层叠型压电元件的立体图。
图3是对于本发明的层叠型压电元件的制造方法的实施方式的一例表示研磨工序的简略侧视图。
图4(a)是对于本发明的层叠型压电元件的制造方法的实施方式的其他例表示研磨工序的简略俯视图、(b)~(d)是表示相同研磨工序的简略纵剖面图。
图5是表示本发明的喷射装置的实施方式的一例的简略剖面图。
图6是表示本发明的燃料喷射***的实施方式的一例的简略框图。
具体实施方式
以下,对于本发明的层叠型压电元件的实施方式的示例,参照附图进行详细说明。
图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的一例的侧视图、图2是图1所示的层叠型压电元件的立体图。
本实施例的层叠型压电元件1是包含交替层叠有压电体层11和内部电极层13的棱柱状层叠体15的层叠型压电体元件1,在层叠体15中,侧周面的棱部15e被研磨加工而构成倒角部,并且,形成于倒角部的线状的研磨加工痕迹在沿着内部电极层13的方向上延伸。
根据如上所述的结构,由于在棱柱状的层叠体15的棱部(边缘部)15e,线状的研磨加工痕迹沿着内部电极层13形成,因此,在层叠型压电元件1的连续驱动下,即便线状的研磨加工痕迹因应力而作为裂纹发展,该裂纹也不会彼此连接相邻的内部电极层13。其结果是,可以在边缘部15e有效抑制相邻的内部电极层13彼此短路,从而可以提高耐久性。
对于层叠型压电元件1而言,在层叠体15的侧周面的平坦面即侧面上形成有一对外部电极17(负极的外部电极17a、正极的外部电极17b)。层叠体15具有:内部电极层13彼此对置的对置部19和相对于该对置部19位于层叠方向的两端部侧的非对置部21。对置部19是压电体层11在层叠方向上伸长或压缩的活性部,非对置部21是压电体层11在层叠方向上不伸长或不压缩的非活性部。即,非对置部21是施加电压时有助于驱动的内部电极层13彼此未对置的部位,是自身不驱动的部位(非活性部)。在该非对置部21也可以包含有金属层等。
压电体层11由以锆钛酸铅(PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷等构成,厚度为30~200μm左右。另外,内部电极层13由银-钯等的金属粉末的烧成体等构成,厚度为1~5μm左右。
外部电极17由银粉末及玻璃粉末的烧成体等构成,厚度为10~50μm左右。
线状的研磨加工痕迹的平均深度、长度及宽度与层叠体及研磨工具的旋转速度、研磨工具的研磨压力、以及层叠体和研磨工具的材质等研磨条件相关,优选的是,深度为2μm~5μm左右,长度大致沿周向连续,宽度为10μm~50μm左右,但对此并未特别限定。另外,形成于倒角部的线状的研磨加工痕迹在层叠体15的侧周面在沿着内部电极层13的方向上延伸,但优选的是该线状的研磨加工痕迹与内部电极层13的主面的面方向平行。在该情况下,可以更有效地抑制产生将相邻的内部电极层13彼此相连那样的裂纹。另外,形成于倒角部的线状的研磨加工痕迹可以构成为不完全平行于内部电极层13的主面的面方向,可以相对于内部电极层13的主面的面方向构成30°左右以下的角度而形成。在该情况下,可以抑制产生将相邻的内部电极层13彼此相连那样的裂纹,使其实质上不产生。
根据本实施例的层叠型压电元件1,在层叠体15中,当线状的研磨加工痕迹形成为从倒角部遍及与其相邻的侧周面的平坦面在沿着内部电极层13的方向上延伸时,不仅在边缘部15e,而且在平坦面也能够有效抑制相邻的内部电极层13彼此短路,从而可以进一步提高耐久性。不言而喻,优选在层叠体15的侧周面的平坦面(侧面),线状的研磨加工痕迹也形成为在沿着内部电极层13的方向上延伸。
另外,线状的研磨加工痕迹既可以在层叠体15的侧周面连续地形成一周,也可以在中途中断。即便在该情况下,线状的研磨加工痕迹也优选形成为在层叠体15的侧周面在沿着内部电极层13的方向上延伸。
另外,棱柱状的层叠体15的棱部(边缘部)15e与层叠体15的侧周面的平坦面相比,是在层叠型压电元件1的连续驱动下在线状的研磨加工痕迹容易产生因应力带来的裂纹并使该裂纹发展的部位,因此优选的是,在层叠体15的棱部(边缘部)15e中的线状的研磨加工痕迹相对于内部电极层13的平行度,比在层叠体15侧周面的平坦面中的线状的研磨加工痕迹相对于内部电极层13的平行度高,即层叠体15的棱部15e中的线状的研磨加工痕迹与层叠体15侧周面的平坦面中的线状的研磨加工痕迹相比,相对于内部电极层13更平行。
另外,棱柱状的层叠体15的棱部(边缘部)15e与层叠体15侧周面的平坦面相比,是在层叠型压电元件1的连续驱动下在线状的研磨加工痕迹容易产生因应力带来的裂纹并使该裂纹发展的部位,因此优选的是,在层叠体15的棱部(边缘部)15e中的线状的研磨加工痕迹的深度,比在层叠体15侧周面的平坦面中的线状的研磨加工痕迹的深度浅。
另外,本实施例的层叠型压电元件1优选为,层叠体15的侧周面的倒角部和平坦面的表面粗糙度相同,因此,内部电极层13的表面粗糙度无论在哪个部分都构成为相同程度,不存在内部电极层13中的局部的电场集中,所以,可以抑制在内部电极层13的一部分应力集中。其结果是,无论在层叠体15侧周面的哪个部分,都能够有效抑制相邻的内部电极层13彼此短路,可以进一步提高耐久性。
层叠体15侧周面的倒角部的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)和平坦面的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)可以构成为并非完全相同,也可以相差±20%左右。具体而言,层叠体15侧周面的倒角部的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)及平坦面的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)为0.1~0.7μm左右。具有上述表面粗糙度的层叠体15可以如下制作:如本实施例的层叠型压电元件1的制造方法那样,研磨工具设置成能够相对于旋转的层叠体15的侧周面进退以便对层叠体15的整个侧周面进行研磨,在利用使用该研磨工具的方法对层叠体15进行研磨时,通过使用能够沿被研磨物的形状接近或离开的研磨工具来进行制作。
本实施例的层叠型压电元件1的制造方法是包含交替层叠有压电体层11和内部电极层13的棱柱状层叠体15的层叠型压电体元件1的制造方法,保持层叠体15的两端部,一边使层叠体15绕长度方向的轴旋转,一边利用研磨工具研磨层叠体15的侧周面。
根据如上所述的结构,可以在层叠体15的侧周面形成在沿着内部电极层13的方向上延伸的线状的研磨加工痕迹。其结果是,可以制造有效抑制在层叠体15的边缘部15e相邻的内部电极层13彼此短路且提高了耐久性的层叠型压电元件1。
另外,本实施例的层叠型压电元件1的制造方法优选为,研磨工具设置成能够相对于旋转的层叠体15的侧周面进退,以便对层叠体15的整个侧周面进行研磨。
根据如上所述的结构,无论在层叠体15侧周面的哪个部分,都能够以相同程度的深度形成在沿着内部电极层13的方向上延伸的线状的研磨加工痕迹。其结果是,可以制造有效抑制在层叠体15的侧周面相邻的内部电极层13彼此短路且进一步提高了耐久性的层叠型压电元件1。
接着,对本发明的层叠型压电元件1的制造方法的实施方式的示例进行具体说明。
首先,制作构成压电体层11的陶瓷生片(セラミツクグリ一ンシ一ト)。具体而言,将压电陶瓷的准烧成粉末、由丙烯系或丁醛系等有机高分子构成的结合剂(バインダ一)以及增塑剂混合来制作浆料。接着,通过使用公知的刮板法或压延辊法等带成型法,将该浆料制作成陶瓷生片。作为压电陶瓷,只要具有压电特性即可,例如可以使用由PbZrO3-PbTiO3等构成的钙钛矿型氧化物等。另外,作为增塑剂,可以使用DBP(邻苯二甲酸二丁脂)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)等。
接着,制作构成内部电极层13的导电膏。具体而言,通过向银-钯(Ag-Pd)等的金属粉末中添加并混合结合剂及增塑剂等,可以制作导电膏。在上述陶瓷生片上,使用丝网印刷法将该导电膏印刷成规定的图案。并且,将丝网印刷有该导电膏的多片陶瓷生片层叠。接着,通过进行烧成,可以形成具有交替层叠的压电体层11及内部电极层13的层叠体15。
此时,通过将印刷有导电膏的陶瓷生片层叠并使其干燥,得到未烧成的层叠成形体。在该未烧成的层叠成形体的层叠方向的两端侧,层叠多层未印刷导电膏的陶瓷生片,由此,该部分成为烧成后的层叠体15中的非对置部21。该未烧成的层叠成形体可以根据需要进行裁断而构成所希望的形态。接着,在规定的温度下对层叠成形体进行脱结合剂处理,之后在900~1150℃下进行烧成,从而得到层叠体15。
另外,层叠体15也可以替代一部分的内部电极层13而形成有多个预定断裂层。在相邻的预定断裂层彼此之间夹着多个压电体层11及内部电极层13。例如,作为预定断裂层,形成包含很多独立的金属粒子的多孔质层。为了形成该多孔质层,存在如下方法:例如使导电膏中含有碳粉末,在烧成过程中使该碳粉末消失;或在印刷导电膏时以构成点图形的方式进行图案印刷;或在印刷导电膏并使其干燥后进行干冰喷射以使印刷面粗糙。
另外,也可以采用如下方法:即改变构成多孔质层的预定断裂层的导电膏和内部电极层13的导电膏的金属成分比率,在烧成过程中利用金属成分的浓度差,使金属从预定断裂层扩散,从而形成多孔质的方法。特别是,当使用主要由银-钯构成的导电膏,并使构成多孔质层的预定断裂层的银浓度比内部电极层13的银浓度高时,在烧成时银形成液相并且能够容易在压电体层11的压电体粒子之间移动,因此可以形成极其均匀的多孔质层,故上述情况是优选的。
接着,对层叠体15的侧周面进行研磨。图3是表示研磨工序的简略侧视图。如图3所示,层叠体15的两端面15a、15b利用保持工具61a、61b被分别按压而保持。此时,层叠体15的两端面15a、15b被朝向层叠体15的中央部侧加压。由此,一边使层叠体15绕长度方向的轴旋转,一边利用研磨工具(研磨砥石63)对层叠体15的侧周面进行研磨。
这样,使研磨砥石63与层叠体15的多个侧面中的一个侧面接触并进行研磨,当一个侧面的研磨结束时,逐渐改变层叠体15自身的旋转角,对该侧周面的棱部15e进行C面或R面加工,进而对其他侧面进行研磨加工。同样地,对所有的侧面及棱部15e进行该作业。由此,在所有的侧周面中,能够以在沿着内部电极层13的方向上延伸的方式形成线状的研磨加工痕迹。
研磨砥石63的形状是与层叠体15相同程度的长度的圆柱状等柱状,但并不限于柱状,也可以是圆板状、或者比层叠体15短的圆柱状、或者球状等形状。
当使用维氏硬度Hv为20以上100以下的保持工具61a、61b以10MPa以上100MPa以下的按压力F按压层叠体15的两端面15a、15b而将其保持时,由于保持工具61a、61b的维氏硬度Hv不会过高,因此,在保持工具61a、61b保持层叠体15时,保持工具61a、61b的与层叠体15的两端面15a、15b接触的接触面被相对于层叠体15按压而变形为与层叠体15的两端面15a、15b相一致。因此,与保持工具61a、61b的维氏硬度Hv过高的情况相比,在保持工具61a、61b及层叠体15的两端面15a、15b之间产生大的摩擦力,从而能够以更大的力利用保持工具61a、61b保持层叠体15。因此,在进行研磨时,可以抑制层叠体15从保持工具61a、61b偏离而导致研磨精度降低。
另外,由于利用10MPa以上100MPa以下的按压力按压层叠体15并将其保持,因此,在研磨加工时层叠体15在长度方向上收缩,由此可以抑制层叠体15沿与长度方向正交的方向变形。因此,当研磨的阻力及由研磨液带来的压力等自研磨砥石63存在的方向作用于层叠体15时,可以抑制层叠体15向与长度方向正交的方向中的脱离研磨砥石63的方向变形。因此,在向脱离研磨砥石63的方向变形的层叠体15的中央部和不变形的层叠体15的两端部之间,不能均匀地进行研磨的情况得以抑制。其结果是,能够不偏向某部分地均等地对层叠体15的侧面进行研磨。
另外,由于在研磨时层叠体15旋转,所以即便层叠体15已向脱离研磨砥石63的方向变形,该变形的部分也被认为与研磨砥石63接触而被研磨。而实际上,由于层叠体15由很多层构成,故与具有很多节的情况处于大致相同的状态。因此,由于层叠体15的刚性不高,若利用不充分的按压力F按压将其保持,则在从研磨砥石63侧向层叠体15作用研磨的阻力及由研磨液带来的压力等时,总是能发生以向脱离研磨砥石63的方向变形的状态进行旋转的现象。另一方面,当按压力F过高时,被按压的层叠体15以中央部比两端部粗的状态被研磨,因此,导致中央部的研磨量相对变大,在加工后解除按压力F时,产生如下现象,即构成中央部比两端部细的状态的层叠体15。
与此相对,通过将按压力F设定为10MPa以上100MPa以下,可以利用足够的按压力F将层叠体15保持而不会使层叠体15变形,因此,在对层叠体15进行研磨时,可以抑制层叠体15自保持工具61a、61b偏离或研磨量产生偏差而导致研磨精度降低的情况。
研磨砥石63的材质由金刚石等构成,其旋转速度为2000~8000rpm左右。层叠体15也向与研磨砥石63相同的旋转方向旋转,其旋转速度为80~150rpm左右。
图4(a)~(d)是表示本发明的层叠型压电元件的制造方法的实施方式的其他例的各研磨工序的图。在该例中,作为研磨工具的研磨砥石63设置成能够相对于旋转的层叠体15的侧周面进退,以便对层叠体15的整个侧周面进行研磨。即,圆柱状的研磨砥石63的旋转轴能够相对于旋转的层叠体15的侧周面进退。这样的圆柱状研磨砥石63的旋转轴能够进退的机构可以通过将与旋转轴相连的电动机等设置成在与旋转轴正交的方向上能够移动等手段来实现。另外,利用安装于电动机的压力传感器或转矩计等检测自层叠体15施加于旋转轴的力(研磨压力),并利用计算机程序控制该研磨压力,由此使研磨压力大致恒定或者使研磨压力遵循规定的变化曲线,从而可以使与旋转轴相连的电动机等在与旋转轴正交的方向上移动。
另外,为了在层叠体15的整个侧周面形成一定深度的研磨加工痕迹,也可以如下进行操作。
在不旋转层叠体15而使其静止的状态下,仅使研磨砥石63旋转来对层叠体15的侧周面进行研磨。而且,研磨砥石63的旋转轴能够绕层叠体15的长边方向的轴进行移动。从而,由于研磨砥石63在绕层叠体15的长边方向的轴移动的同时其自身进行旋转,故能够对层叠体15的整个侧周面进行研磨。另外,当使研磨砥石63的旋转轴绕层叠体15的长边方向的轴移动时,可以考虑研磨砥石63的半径并预先利用程序进行控制,以使研磨砥石63的旋转轴与层叠体15的截面形状对应地移动。例如,在使研磨砥石63的旋转轴沿着大小为层叠体15截面形状数倍的四边形状的周缘部移动时,能够在层叠体15的整个侧周面形成一定深度的研磨加工痕迹,故是优选的。
另外,通过使研磨压力恒定,如前所述,无论在层叠体15侧周面的哪个部分,都能够以相同程度的深度形成在沿着内部电极层13的方向上延伸的线状的研磨加工痕迹。其结果是,有效抑制在层叠体15的侧周面相邻的内部电极层13彼此短路。
而且,为了利用研磨砥石63无论在层叠体15侧周面的哪个部分都以恒定的压力进行研磨,优选研磨砥石63的旋转速度为2000~8000rpm左右,层叠体15的旋转速度为80~150rpm左右。另外,研磨砥石63的直径优选为200~400mm左右。
如图4(a)的俯视图所示,层叠体15的两端面15a、15b分别被保持工具61a、61b保持。
图4(b)是表示在由保持工具61a、61b按压层叠体15的状态下利用研磨砥石63对层叠体15的边缘部15e进行C面加工的状态的纵剖面图。与层叠体15的棱部15e向研磨砥石63侧的突出相应地,研磨砥石63后退而进行C面加工。
图4(c)是表示对层叠体15的侧面即平坦面进行研磨加工的状态的纵剖面图。与层叠体15的平坦面向研磨砥石63的相反侧的缩回相应地,研磨砥石63前进而进行研磨加工。
图4(d)是表示在由保持工具61a、61b按压层叠体15的状态下利用研磨砥石63对层叠体15的边缘部15e进行R面加工的状态的纵剖面图。与层叠体15的棱部15e向研磨砥石63侧的突出相应地,研磨砥石63后退而进行R面加工。
通过反复进行这些图4(b)~(d)所示的动作,制作出规定形状的层叠体15。接着,在层叠体15的整个侧周面,形成在沿着内部电极层13的方向上延伸的线状的研磨加工痕迹。
此后,在层叠型压电元件1的层叠体15的外表面,以能够与端部露出的内部电极层13导通的方式形成外部电极17。该外部电极17可通过如下方式获得:即在银粉末及玻璃粉末中加入结合剂来制作银玻璃导电膏,并将其印刷于层叠体15的侧面,通过干燥粘结或者在600~800℃下进行烧结而得到。
另外,也可以在外部电极17的外表面,形成由埋设有金属网或网状金属板的导电性粘结剂构成的导电性辅助部件(未图示)。金属网指的是编织金属线而构成的网,网状金属板指的是在金属板上形成孔而构成网状的金属板。
接着,将形成有外部电极17的层叠体15浸渍于包含由硅酮橡胶构成的外装树脂的树脂溶液中。接下来,通过对硅酮树脂溶液进行真空脱气,使硅酮树脂与层叠体15周侧面的凹凸部紧贴,此后,自硅酮树脂溶液提起层叠体15。由此,在层叠体15的侧面涂覆有硅酮树脂(未图示)。接着,利用导电性粘结剂(未图示)等将作为通电部的引线(未图示)与外部电极17连接。
接着,经由引线自一对外部电极17通过内部电极层13向压电体层11施加0.1~3kV/mm的直流电场,对层叠体15的压电体层11进行极化,从而完成层叠型压电元件1。
接着,将引线与外部的电压供给部(未图示)连接并经由引线及外部电极17通过内部电极层13向压电体层11施加电压,从而可以使各压电体层11因逆压电效应而较大地位移。由此,例如能够作为向发动机喷射供给燃料的机动车用燃料喷射阀机构而起作用。
图5是表示本发明的喷射装置的实施方式的一例的简略剖面图。如图5所示,在喷射装置25中,在一端具有喷射孔27的收纳容器29的内部收纳有上述示例的层叠型压电元件1。在收纳容器29内配设有能够对喷射孔27进行开闭的针阀31。在喷射孔27,燃料通路33被配设为能够根据针阀31的移动而连通。该燃料通路33与外部的燃料供给源连结,始终以一定的高压将燃料供给至燃料通路33。因此,当针阀31使喷射孔27敞开时,供给至燃料通路33的燃料以一定的高压喷出到未图示的内燃机的燃料室内。
另外,针阀31的上端部的内径变大,且配置有形成于收纳容器29的缸体35和能够滑动的活塞37。而且,在收纳容器29内,收纳有具有上述示例的层叠型压电元件1的压电执行器。
在如上所述的喷射装置25中,若压电执行器被施加电压而伸长,则活塞37被按压,针阀31将喷射孔27闭塞,停止供给燃料。若停止施加电压,则压电执行器收缩,蝶形弹簧39将活塞37推回去,从而使喷射孔27与燃料通路33连通而进行燃料的喷射。
另外,本实施例的喷射装置25也可构成为:包括具有喷射孔27的容器和上述示例的层叠型压电元件1,并且,填充于容器内的液体在层叠型压电元件1的驱动下自喷射孔27喷出。即,层叠型压电元件1不一定必须位于容器的内部,只要构成为在层叠型压电元件1的驱动下对容器的内部施加压力即可。另外,对液体而言,除燃料或油墨等之外,包括各种液状流体(导电膏等)。
图6是表示本发明的燃料喷射***的实施方式的一例的简略框图。如图6所示,本实施例的燃料喷射***41具有:蓄积高压燃料的共轨43、将蓄积于该共轨43的燃料进行喷射的多个上述示例的喷射装置25、向共轨43供给高压燃料的压力泵45以及向喷射装置25提供驱动信号的喷射控制单元47。
喷射控制单元47一边利用传感器等对发动机的燃烧室内的状况进行感知,一边控制燃料喷射的量和时机。压力泵45起如下作用,即自燃料箱49将燃料以1000~2000大气压左右、优选1500~1700大气压左右的压力送入共轨43。在共轨43中,蓄积自压力泵45送来的燃料,并将其适当地送入喷射装置25。喷射装置25如上所述自喷射孔27向燃烧室内雾状喷射少量的燃料。
另外,本发明并不限于以上的实施方式的示例,在不脱离本发明主旨的范围内能够进行各种变更。例如,本发明的层叠型压电元件可以适用于喷墨打印机的打印装置或压力传感器等,只要是利用压电特性的层叠型的压电元件,则能够以同样的结构进行实施。
附图标记说明
1:层叠型压电元件
11:压电体层
13:内部电极层
15:层叠体
15a、15b:两端面
15e:棱部(边缘部)
17:外部电极
61a、61b:保持工具
63:研磨砥石(研磨工具)
Claims (8)
1.一种层叠型压电元件,其特征在于,
包括交替层叠有压电体层和内部电极层的棱柱状的层叠体,
所述层叠体的侧周面的棱部被研磨加工而构成倒角部,并且,形成于该倒角部的线状的研磨加工痕迹在沿着所述内部电极层的方向上延伸。
2.如权利要求1所述的层叠型压电元件,其特征在于,
所述层叠体形成为,线状的所述研磨加工痕迹自所述倒角部遍及与其相邻的侧周面的平坦面在沿着所述内部电极层的方向上延伸。
3.如权利要求1或2所述的层叠型压电元件,其特征在于,
所述层叠体的所述侧周面的所述倒角部和所述平坦面的表面粗糙度相同。
4.一种层叠型压电体元件的制造方法,该层叠型压电体元件包括交替层叠有压电体层和内部电极层的棱柱状的层叠体,该制造方法的特征在于,
保持所述层叠体的两端部,一边使所述层叠体绕长度方向的轴旋转,一边利用研磨工具对所述层叠体的侧周面进行研磨。
5.如权利要求4所述的层叠型压电元件的制造方法,其特征在于,
所述研磨工具被设置成能够相对于旋转的所述层叠体的侧周面进退,以便对所述层叠体的整个侧周面进行研磨。
6.如权利要求4或5所述的层叠型压电元件的制造方法,其特征在于,
利用维氏硬度Hv为20以上100以下的保持工具以10MPa以上100MPa以下的按压力按压所述层叠体的两端面而将其保持。
7.一种喷射装置,其特征在于,
包括具有喷出孔的容器和权利要求1~权利要求3中任一项所述的层叠型压电元件,
填充于所述容器内的液体在所述层叠型压电元件的驱动下自所述喷射孔喷出。
8.一种燃料喷射***,其特征在于,包括:
蓄积高压燃料的共轨;喷射蓄积于该共轨的所述高压燃料的权利要求7所述的喷射装置;向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵;以及向所述喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元。
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US20020157756A1 (en) * | 2001-04-12 | 2002-10-31 | Kazuhide Sato | Method of producing ceramic laminate body |
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