專利名稱：層疊型壓電元件、層疊型壓電元件的制造方法、噴射裝置及燃料噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用交替層疊有壓電體層和內(nèi)部電極層的層疊體的層疊型壓電元件、 層疊型壓電元件的制造方法、噴射裝置及燃料噴射系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，已知有如下的層疊型壓電元件(以下也簡稱為“元件”)，其具有多個(gè)壓電體 層隔著內(nèi)部電極層而層疊的層疊體，且在該層疊體的側(cè)面形成有一對外部電極。該元件通 常在周向上由平面部和將相鄰的平面部彼此連接的棱部(邊緣部)構(gòu)成，當(dāng)自外部電極向 元件施加電壓時(shí)，在邊緣部相鄰的內(nèi)部電極層彼此容易短路(short)。之所以這樣是因?yàn)?，為了將層疊體修整為棱柱狀等形狀，在對層疊體的表面進(jìn)行 研磨加工時(shí)，在層疊體的表面形成有線狀的研磨加工痕跡，在邊緣部，容易跨相鄰的內(nèi)部電 極層形成線狀的研磨加工痕跡。即，可認(rèn)為當(dāng)驅(qū)動(dòng)層疊型壓電元件時(shí)，跨相鄰的內(nèi)部電極層 形成的線狀的研磨加工痕跡因應(yīng)力而作為裂紋發(fā)展，并通過該裂紋而產(chǎn)生沿面放電，或者 內(nèi)部電極層的導(dǎo)體成分通過裂紋因擴(kuò)散等而移動(dòng)，從而導(dǎo)致相鄰的內(nèi)部電極層彼此短路。于是，公開有如下元件，即通過對層疊體實(shí)施倒角加工，以使邊緣部成為C面或R 面，從而降低在邊緣部附近產(chǎn)生的應(yīng)力(例如參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-120579號公報(bào)但是，近年來，要求元件能夠在高電壓及高壓力下長期連續(xù)驅(qū)動(dòng)，并期待進(jìn)一步提 高耐久性。即，若如專利文獻(xiàn)1所記載的那樣僅對層疊體實(shí)施倒角加工以使邊緣部成為C 面或R面，則存在難以充分抑制相鄰的內(nèi)部電極層彼此短路的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題而完成的，其目的在于提供一種有效抑制在層 疊體的邊緣部相鄰的內(nèi)部電極層彼此短路且提高耐久性的層疊型壓電元件，而且提供一種 該層疊型壓電元件的制造方法、使用該層疊型壓電元件的噴射裝置及燃料噴射系統(tǒng)。本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，包括交替層疊有壓電體層和內(nèi)部電極層的 棱柱狀的層疊體，所述層疊體的側(cè)周面的棱部被研磨加工而構(gòu)成倒角部，并且，形成于該倒 角部的線狀的研磨加工痕跡在沿著所述內(nèi)部電極層的方向上延伸。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件優(yōu)選的是，所述層疊體形成為，線狀的所述研磨加 工痕跡自所述倒角部遍及與其相鄰的側(cè)周面的平坦面在沿著所述內(nèi)部電極層的方向上延 伸。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件優(yōu)選的是，所述層疊體的所述側(cè)周面的所述倒角 部和所述平坦面的表面粗糙度相同。 在本發(fā)明的層疊型壓電元件的制造方法中，該層疊型壓電體元件包括交替層疊有 壓電體層和內(nèi)部電極層的棱柱狀的層疊體，該制造方法的特征在于，保持所述層疊體的兩端部，一邊使所述層疊體繞長度方向的軸旋轉(zhuǎn)，一邊利用研磨工具對所述層疊體的側(cè)周面 進(jìn)行研磨。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的制造方法優(yōu)選的是，所述研磨工具被設(shè)置成能 夠相對于旋轉(zhuǎn)的所述層疊體的側(cè)周面進(jìn)退，以便對所述層疊體的整個(gè)側(cè)周面進(jìn)行研磨。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的制造方法優(yōu)選的是，利用維氏硬度Hv為20以上 100以下的保持工具以IOMPa以上IOOMPa以下的按壓力按壓所述層疊體的兩端面而將其保持。本發(fā)明的噴射裝置的特征在于，包括具有噴出孔的容器和上述任一項(xiàng)所述的本發(fā) 明的層疊型壓電元件，填充于所述容器內(nèi)的液體在所述層疊型壓電元件的驅(qū)動(dòng)下自所述噴 射孔噴出。本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的特征在于，包括蓄積高壓燃料的共軌；噴射蓄積于該 共軌的所述高壓燃料的上述本發(fā)明的噴射裝置；向所述共軌供給所述高壓燃料的壓力泵； 以及向所述噴射裝置提供驅(qū)動(dòng)信號的噴射控制單元。根據(jù)本發(fā)明的層疊型壓電元件，該層疊型壓電元件包括交替層疊有壓電體層和內(nèi) 部電極層的棱柱狀的層疊體，層疊體的側(cè)周面的棱部被研磨加工而構(gòu)成倒角部，并且，形成 于倒角部的線狀的研磨加工痕跡在沿著內(nèi)部電極層的方向上延伸，因此，在棱柱狀層疊體 的棱部(邊緣部)，線狀的研磨加工痕跡沿著內(nèi)部電極層形成，故在層疊型壓電元件的連續(xù) 驅(qū)動(dòng)下，沿著線狀的研磨加工痕跡因應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋即便發(fā)展，該裂紋也不會彼此連接 相鄰的內(nèi)部電極層。其結(jié)果是，可以有效抑制在邊緣部相鄰的內(nèi)部電極層彼此短路而能夠 提高耐久性。另外，根據(jù)本發(fā)明的層疊型壓電元件，在層疊體形成為線狀的研磨加工痕跡自倒 角部遍及與其相鄰的側(cè)周面的平坦面在沿著內(nèi)部電極層的方向上延伸時(shí)，不僅在層疊體的 邊緣部，而且在平坦面也能夠有效抑制相鄰的內(nèi)部電極層彼此短路，因此，可以進(jìn)一步提高 耐久性。另外，根據(jù)本發(fā)明的層疊型壓電元件，在層疊體的側(cè)周面的倒角部和平坦面的表 面粗糙度相同時(shí)，內(nèi)部電極層在層疊體側(cè)周面露出的部分的表面粗糙度無論在層疊體側(cè)周 面的哪個(gè)部分都構(gòu)成相同程度的表面粗糙度，不存在內(nèi)部電極層中的局部的電場集中，所 以，可以抑制在內(nèi)部電極層的一部分應(yīng)力集中。其結(jié)果是，無論在層疊體側(cè)周面的哪個(gè)部 分，都能夠有效抑制相鄰的內(nèi)部電極層彼此短路，可以進(jìn)一步提高耐久性。根據(jù)本發(fā)明的層疊型壓電元件的制造方法，該層疊型壓電體元件包括交替層疊有 壓電體層和內(nèi)部電極層的棱柱狀的層疊體，在該制造方法中，保持層疊體的兩端部，一邊使 層疊體繞長度方向的軸旋轉(zhuǎn)，一邊利用研磨工具對層疊體的側(cè)周面進(jìn)行研磨，因此，在層疊 體的側(cè)周面可以形成在沿著內(nèi)部電極層的方向上延伸的線狀的研磨加工痕跡。其結(jié)果是， 有效抑制在層疊體的邊緣部相鄰的內(nèi)部電極層彼此短路，從而可以制造提高了耐久性的層 疊型壓電元件。另外，根據(jù)本發(fā)明的層疊型壓電元件的制造方法，在研磨工具被設(shè)置成能夠相對 于旋轉(zhuǎn)的層疊體的側(cè)周面進(jìn)退，以便對層疊體的整個(gè)側(cè)周面進(jìn)行研磨時(shí)，無論在層疊體側(cè) 周面的哪個(gè)部分，都能夠以相同程度的深度形成在沿著內(nèi)部電極層的方向上延伸的線狀的 研磨加工痕跡。其結(jié)果是，有效抑制在層疊體的側(cè)周面相鄰的內(nèi)部電極層彼此短路，從而可以制造進(jìn)一步提高了耐久性的層疊型壓電元件。另外，根據(jù)本發(fā)明的層疊型壓電元件的制造方法，在利用維氏硬度Hv為20以上 100以下的保持工具以IOMPa以上IOOMPa以下的按壓力按壓層疊體的兩端面而將其保持 時(shí)，由于保持工具的維氏硬度Hv不會過高，因此，在保持工具保持層疊體時(shí)，保持工具的與 層疊體的兩端面接觸的接觸面被相對于層疊體按壓而變形為與層疊體的兩端面相一致。因 此，與保持工具的維氏硬度Hv過高時(shí)相比，在保持工具及層疊體的兩端面之間產(chǎn)生大的摩 擦力，從而能夠以更大的力利用保持工具保持層疊體。因此，在進(jìn)行研磨時(shí)，可以抑制層疊 體從保持工具偏離而導(dǎo)致研磨的精度降低。另外，由于利用IOMPa以上IOOMPa以下的按壓力按壓層疊體并將其保持，因此，在 研磨加工時(shí)層疊體在長度方向上收縮，故可以抑制層疊體沿與長度方向正交的方向變形。 因此，當(dāng)研磨的阻力及由研磨液帶來的壓力等自研磨砥石存在的方向作用于層疊體時(shí)，可 以抑制層疊體向與長度方向正交的方向中的脫離研磨砥石的方向變形。因此，在向脫離研 磨砥石的方向變形的層疊體的中央部和不變形的層疊體的兩端部之間，不能均勻地進(jìn)行研 磨的情況得以抑制。其結(jié)果是，能夠不偏向某部分地均等地對層疊體的側(cè)面進(jìn)行研磨。本發(fā)明的噴射裝置包括具有噴出孔的容器和上述本發(fā)明的層疊型壓電元件，填充 于容器內(nèi)的液體在層疊型壓電元件的驅(qū)動(dòng)下自噴射孔噴出，因此，因使用耐久性良好的本 發(fā)明的層疊型壓電元件，故構(gòu)成耐久性良好的噴射裝置。本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)包括蓄積高壓燃料的共軌；噴射蓄積于該共軌的高壓燃 料的上述本發(fā)明的噴射裝置；向共軌供給高壓燃料的壓力泵；以及向噴射裝置提供驅(qū)動(dòng)信 號的噴射控制單元，因此，因使用利用了耐久性良好的本發(fā)明的層疊型壓電元件的噴射裝 置，故構(gòu)成耐久性良好的燃料噴射系統(tǒng)。


圖1是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的一例的側(cè)視圖。圖2是圖1所示的層疊型壓電元件的立體圖。圖3是對于本發(fā)明的層疊型壓電元件的制造方法的實(shí)施方式的一例表示研磨工 序的簡略側(cè)視圖。圖4(a)是對于本發(fā)明的層疊型壓電元件的制造方法的實(shí)施方式的其他例表示研 磨工序的簡略俯視圖、(b) (d)是表示相同研磨工序的簡略縱剖面圖。圖5是表示本發(fā)明的噴射裝置的實(shí)施方式的一例的簡略剖面圖。圖6是表示本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的實(shí)施方式的一例的簡略框圖。
具體實(shí)施例方式以下，對于本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的示例，參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的一例的側(cè)視圖、圖2是圖1所 示的層疊型壓電元件的立體圖。本實(shí)施例的層疊型壓電元件1是包含交替層疊有壓電體層11和內(nèi)部電極層13的 棱柱狀層疊體15的層疊型壓電體元件1，在層疊體15中，側(cè)周面的棱部1 被研磨加工而 構(gòu)成倒角部，并且，形成于倒角部的線狀的研磨加工痕跡在沿著內(nèi)部電極層13的方向上延伸。根據(jù)如上所述的結(jié)構(gòu)，由于在棱柱狀的層疊體15的棱部(邊緣部)15e，線狀的研 磨加工痕跡沿著內(nèi)部電極層13形成，因此，在層疊型壓電元件1的連續(xù)驅(qū)動(dòng)下，即便線狀的 研磨加工痕跡因應(yīng)力而作為裂紋發(fā)展，該裂紋也不會彼此連接相鄰的內(nèi)部電極層13。其結(jié) 果是，可以在邊緣部1 有效抑制相鄰的內(nèi)部電極層13彼此短路，從而可以提高耐久性。對于層疊型壓電元件1而言，在層疊體15的側(cè)周面的平坦面即側(cè)面上形成有一對 外部電極17 (負(fù)極的外部電極17a、正極的外部電極17b)。層疊體15具有內(nèi)部電極層13 彼此對置的對置部19和相對于該對置部19位于層疊方向的兩端部側(cè)的非對置部21。對置 部19是壓電體層11在層疊方向上伸長或壓縮的活性部，非對置部21是壓電體層11在層 疊方向上不伸長或不壓縮的非活性部。即，非對置部21是施加電壓時(shí)有助于驅(qū)動(dòng)的內(nèi)部電 極層13彼此未對置的部位，是自身不驅(qū)動(dòng)的部位(非活性部)。在該非對置部21也可以包 含有金屬層等。壓電體層11由以鋯鈦酸鉛(H^rO3-PbTiO3)為主成分的壓電陶瓷等構(gòu)成，厚度為 30 200 μ m左右。另外，內(nèi)部電極層13由銀-鈀等的金屬粉末的燒成體等構(gòu)成，厚度為 1 5 μ m左右。外部電極17由銀粉末及玻璃粉末的燒成體等構(gòu)成，厚度為10 50 μ m左右。線狀的研磨加工痕跡的平均深度、長度及寬度與層疊體及研磨工具的旋轉(zhuǎn)速度、 研磨工具的研磨壓力、以及層疊體和研磨工具的材質(zhì)等研磨條件相關(guān)，優(yōu)選的是，深度為 2 μ m 5 μ m左右，長度大致沿周向連續(xù)，寬度為10 μ m 50 μ m左右，但對此并未特別限 定。另外，形成于倒角部的線狀的研磨加工痕跡在層疊體15的側(cè)周面在沿著內(nèi)部電極層13 的方向上延伸，但優(yōu)選的是該線狀的研磨加工痕跡與內(nèi)部電極層13的主面的面方向平行。 在該情況下，可以更有效地抑制產(chǎn)生將相鄰的內(nèi)部電極層13彼此相連那樣的裂紋。另外， 形成于倒角部的線狀的研磨加工痕跡可以構(gòu)成為不完全平行于內(nèi)部電極層13的主面的面 方向，可以相對于內(nèi)部電極層13的主面的面方向構(gòu)成30°左右以下的角度而形成。在該情 況下，可以抑制產(chǎn)生將相鄰的內(nèi)部電極層13彼此相連那樣的裂紋，使其實(shí)質(zhì)上不產(chǎn)生。根據(jù)本實(shí)施例的層疊型壓電元件1，在層疊體15中，當(dāng)線狀的研磨加工痕跡形成 為從倒角部遍及與其相鄰的側(cè)周面的平坦面在沿著內(nèi)部電極層13的方向上延伸時(shí)，不僅 在邊緣部15e，而且在平坦面也能夠有效抑制相鄰的內(nèi)部電極層13彼此短路，從而可以進(jìn) 一步提高耐久性。不言而喻，優(yōu)選在層疊體15的側(cè)周面的平坦面(側(cè)面)，線狀的研磨加工 痕跡也形成為在沿著內(nèi)部電極層13的方向上延伸。另外，線狀的研磨加工痕跡既可以在層疊體15的側(cè)周面連續(xù)地形成一周，也可以 在中途中斷。即便在該情況下，線狀的研磨加工痕跡也優(yōu)選形成為在層疊體15的側(cè)周面在 沿著內(nèi)部電極層13的方向上延伸。另外，棱柱狀的層疊體15的棱部(邊緣部)1 與層疊體15的側(cè)周面的平坦面相 比，是在層疊型壓電元件1的連續(xù)驅(qū)動(dòng)下在線狀的研磨加工痕跡容易產(chǎn)生因應(yīng)力帶來的裂 紋并使該裂紋發(fā)展的部位，因此優(yōu)選的是，在層疊體15的棱部(邊緣部)1 中的線狀的研 磨加工痕跡相對于內(nèi)部電極層13的平行度，比在層疊體15側(cè)周面的平坦面中的線狀的研 磨加工痕跡相對于內(nèi)部電極層13的平行度高，即層疊體15的棱部15e中的線狀的研磨加 工痕跡與層疊體15側(cè)周面的平坦面中的線狀的研磨加工痕跡相比，相對于內(nèi)部電極層13更平行。另外，棱柱狀的層疊體15的棱部(邊緣部)15e與層疊體15側(cè)周面的平坦面相 比，是在層疊型壓電元件1的連續(xù)驅(qū)動(dòng)下在線狀的研磨加工痕跡容易產(chǎn)生因應(yīng)力帶來的裂 紋并使該裂紋發(fā)展的部位，因此優(yōu)選的是，在層疊體15的棱部(邊緣部)1 中的線狀的研 磨加工痕跡的深度，比在層疊體15側(cè)周面的平坦面中的線狀的研磨加工痕跡的深度淺。另外，本實(shí)施例的層疊型壓電元件1優(yōu)選為，層疊體15的側(cè)周面的倒角部和平坦 面的表面粗糙度相同，因此，內(nèi)部電極層13的表面粗糙度無論在哪個(gè)部分都構(gòu)成為相同程 度，不存在內(nèi)部電極層13中的局部的電場集中，所以，可以抑制在內(nèi)部電極層13的一部分 應(yīng)力集中。其結(jié)果是，無論在層疊體15側(cè)周面的哪個(gè)部分，都能夠有效抑制相鄰的內(nèi)部電 極層13彼此短路，可以進(jìn)一步提高耐久性。層疊體15側(cè)周面的倒角部的表面粗糙度(算術(shù)平均粗糙度Ra)和平坦面的表面 粗糙度(算術(shù)平均粗糙度Ra)可以構(gòu)成為并非完全相同，也可以相差士20%左右。具體而 言，層疊體15側(cè)周面的倒角部的表面粗糙度(算術(shù)平均粗糙度Ra)及平坦面的表面粗糙度 (算術(shù)平均粗糙度Ra)為0.1 0.7 μ m左右。具有上述表面粗糙度的層疊體15可以如下 制作如本實(shí)施例的層疊型壓電元件1的制造方法那樣，研磨工具設(shè)置成能夠相對于旋轉(zhuǎn) 的層疊體15的側(cè)周面進(jìn)退以便對層疊體15的整個(gè)側(cè)周面進(jìn)行研磨，在利用使用該研磨工 具的方法對層疊體15進(jìn)行研磨時(shí)，通過使用能夠沿被研磨物的形狀接近或離開的研磨工 具來進(jìn)行制作。本實(shí)施例的層疊型壓電元件1的制造方法是包含交替層疊有壓電體層11和內(nèi)部 電極層13的棱柱狀層疊體15的層疊型壓電體元件1的制造方法，保持層疊體15的兩端部， 一邊使層疊體15繞長度方向的軸旋轉(zhuǎn)，一邊利用研磨工具研磨層疊體15的側(cè)周面。根據(jù)如上所述的結(jié)構(gòu)，可以在層疊體15的側(cè)周面形成在沿著內(nèi)部電極層13的方 向上延伸的線狀的研磨加工痕跡。其結(jié)果是，可以制造有效抑制在層疊體15的邊緣部1 相鄰的內(nèi)部電極層13彼此短路且提高了耐久性的層疊型壓電元件1。另外，本實(shí)施例的層疊型壓電元件1的制造方法優(yōu)選為，研磨工具設(shè)置成能夠相 對于旋轉(zhuǎn)的層疊體15的側(cè)周面進(jìn)退，以便對層疊體15的整個(gè)側(cè)周面進(jìn)行研磨。根據(jù)如上所述的結(jié)構(gòu)，無論在層疊體15側(cè)周面的哪個(gè)部分，都能夠以相同程度的 深度形成在沿著內(nèi)部電極層13的方向上延伸的線狀的研磨加工痕跡。其結(jié)果是，可以制造 有效抑制在層疊體15的側(cè)周面相鄰的內(nèi)部電極層13彼此短路且進(jìn)一步提高了耐久性的層 疊型壓電元件1。接著，對本發(fā)明的層疊型壓電元件1的制造方法的實(shí)施方式的示例進(jìn)行具體說 明。首先，制作構(gòu)成壓電體層11的陶瓷生片(七，S 7夕^J 一 > *一卜)。具體 而言，將壓電陶瓷的準(zhǔn)燒成粉末、由丙烯系或丁醛系等有機(jī)高分子構(gòu)成的結(jié)合劑(〃< > 夕'一)以及增塑劑混合來制作漿料。接著，通過使用公知的刮板法或壓延輥法等帶成型 法，將該漿料制作成陶瓷生片。作為壓電陶瓷，只要具有壓電特性即可，例如可以使用由 H^rO3-PbTiO3等構(gòu)成的鈣鈦礦型氧化物等。另外，作為增塑劑，可以使用DBP(鄰苯二甲酸 二丁脂)、DOP (鄰苯二甲酸二辛酯)等。接著，制作構(gòu)成內(nèi)部電極層13的導(dǎo)電膏。具體而言，通過向銀-鈀(Ag-Pd)等的金屬粉末中添加并混合結(jié)合劑及增塑劑等，可以制作導(dǎo)電膏。在上述陶瓷生片上，使用絲網(wǎng) 印刷法將該導(dǎo)電膏印刷成規(guī)定的圖案。并且，將絲網(wǎng)印刷有該導(dǎo)電膏的多片陶瓷生片層疊。 接著，通過進(jìn)行燒成，可以形成具有交替層疊的壓電體層11及內(nèi)部電極層13的層疊體15。此時(shí)，通過將印刷有導(dǎo)電膏的陶瓷生片層疊并使其干燥，得到未燒成的層疊成形 體。在該未燒成的層疊成形體的層疊方向的兩端側(cè)，層疊多層未印刷導(dǎo)電膏的陶瓷生片，由 此，該部分成為燒成后的層疊體15中的非對置部21。該未燒成的層疊成形體可以根據(jù)需要 進(jìn)行裁斷而構(gòu)成所希望的形態(tài)。接著，在規(guī)定的溫度下對層疊成形體進(jìn)行脫結(jié)合劑處理，之 后在900 1150°C下進(jìn)行燒成，從而得到層疊體15。另外，層疊體15也可以替代一部分的內(nèi)部電極層13而形成有多個(gè)預(yù)定斷裂層。在 相鄰的預(yù)定斷裂層彼此之間夾著多個(gè)壓電體層11及內(nèi)部電極層13。例如，作為預(yù)定斷裂 層，形成包含很多獨(dú)立的金屬粒子的多孔質(zhì)層。為了形成該多孔質(zhì)層，存在如下方法例如 使導(dǎo)電膏中含有碳粉末，在燒成過程中使該碳粉末消失；或在印刷導(dǎo)電膏時(shí)以構(gòu)成點(diǎn)圖形 的方式進(jìn)行圖案印刷；或在印刷導(dǎo)電膏并使其干燥后進(jìn)行干冰噴射以使印刷面粗糙。另外，也可以采用如下方法即改變構(gòu)成多孔質(zhì)層的預(yù)定斷裂層的導(dǎo)電膏和內(nèi)部 電極層13的導(dǎo)電膏的金屬成分比率，在燒成過程中利用金屬成分的濃度差，使金屬從預(yù)定 斷裂層擴(kuò)散，從而形成多孔質(zhì)的方法。特別是，當(dāng)使用主要由銀-鈀構(gòu)成的導(dǎo)電膏，并使構(gòu) 成多孔質(zhì)層的預(yù)定斷裂層的銀濃度比內(nèi)部電極層13的銀濃度高時(shí)，在燒成時(shí)銀形成液相 并且能夠容易在壓電體層11的壓電體粒子之間移動(dòng)，因此可以形成極其均勻的多孔質(zhì)層， 故上述情況是優(yōu)選的。接著，對層疊體15的側(cè)周面進(jìn)行研磨。圖3是表示研磨工序的簡略側(cè)視圖。如圖 3所示，層疊體15的兩端面15a、1 利用保持工具61a、61b被分別按壓而保持。此時(shí)，層疊 體15的兩端面15a、1 被朝向?qū)盈B體15的中央部側(cè)加壓。由此，一邊使層疊體15繞長度 方向的軸旋轉(zhuǎn)，一邊利用研磨工具(研磨砥石6 對層疊體15的側(cè)周面進(jìn)行研磨。這樣，使研磨砥石63與層疊體15的多個(gè)側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面接觸并進(jìn)行研磨，當(dāng)一 個(gè)側(cè)面的研磨結(jié)束時(shí)，逐漸改變層疊體15自身的旋轉(zhuǎn)角，對該側(cè)周面的棱部1 進(jìn)行C面 或R面加工，進(jìn)而對其他側(cè)面進(jìn)行研磨加工。同樣地，對所有的側(cè)面及棱部1 進(jìn)行該作業(yè)。 由此，在所有的側(cè)周面中，能夠以在沿著內(nèi)部電極層13的方向上延伸的方式形成線狀的研 磨加工痕跡。研磨砥石63的形狀是與層疊體15相同程度的長度的圓柱狀等柱狀，但并不限于 柱狀，也可以是圓板狀、或者比層疊體15短的圓柱狀、或者球狀等形狀。當(dāng)使用維氏硬度Hv為20以上100以下的保持工具61a、61b以IOMPa以上IOOMPa 以下的按壓力F按壓層疊體15的兩端面15a、1 而將其保持時(shí)，由于保持工具61a、61b的 維氏硬度Hv不會過高，因此，在保持工具61a、61b保持層疊體15時(shí)，保持工具61a、61b的 與層疊體15的兩端面15a、15b接觸的接觸面被相對于層疊體15按壓而變形為與層疊體15 的兩端面1如、1恥相一致。因此，與保持工具61a、61b的維氏硬度Hv過高的情況相比，在 保持工具61a、61b及層疊體15的兩端面15a、1 之間產(chǎn)生大的摩擦力，從而能夠以更大的 力利用保持工具61a、61b保持層疊體15。因此，在進(jìn)行研磨時(shí)，可以抑制層疊體15從保持 工具61a、61b偏離而導(dǎo)致研磨精度降低。另外，由于利用IOMPa以上IOOMPa以下的按壓力按壓層疊體15并將其保持，因?qū)盈B體15在長度方向上收縮，由此可以抑制層疊體15沿與長度方向正交 的方向變形。因此，當(dāng)研磨的阻力及由研磨液帶來的壓力等自研磨砥石63存在的方向作用 于層疊體15時(shí)，可以抑制層疊體15向與長度方向正交的方向中的脫離研磨砥石63的方向 變形。因此，在向脫離研磨砥石63的方向變形的層疊體15的中央部和不變形的層疊體15 的兩端部之間，不能均勻地進(jìn)行研磨的情況得以抑制。其結(jié)果是，能夠不偏向某部分地均等 地對層疊體15的側(cè)面進(jìn)行研磨。另外，由于在研磨時(shí)層疊體15旋轉(zhuǎn)，所以即便層疊體15已向脫離研磨砥石63的 方向變形，該變形的部分也被認(rèn)為與研磨砥石63接觸而被研磨。而實(shí)際上，由于層疊體15 由很多層構(gòu)成，故與具有很多節(jié)的情況處于大致相同的狀態(tài)。因此，由于層疊體15的剛性 不高，若利用不充分的按壓力F按壓將其保持，則在從研磨砥石63側(cè)向?qū)盈B體15作用研磨 的阻力及由研磨液帶來的壓力等時(shí)，總是能發(fā)生以向脫離研磨砥石63的方向變形的狀態(tài) 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。另一方面，當(dāng)按壓力F過高時(shí)，被按壓的層疊體15以中央部比兩端部粗 的狀態(tài)被研磨，因此，導(dǎo)致中央部的研磨量相對變大，在加工后解除按壓力F時(shí)，產(chǎn)生如下 現(xiàn)象，即構(gòu)成中央部比兩端部細(xì)的狀態(tài)的層疊體15。與此相對，通過將按壓力F設(shè)定為IOMPa以上IOOMPa以下，可以利用足夠的按壓 力F將層疊體15保持而不會使層疊體15變形，因此，在對層疊體15進(jìn)行研磨時(shí)，可以抑制 層疊體15自保持工具61a、61b偏離或研磨量產(chǎn)生偏差而導(dǎo)致研磨精度降低的情況。研磨砥石63的材質(zhì)由金剛石等構(gòu)成，其旋轉(zhuǎn)速度為2000 8000rpm左右。層疊 體15也向與研磨砥石63相同的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度為80 150rpm左右。圖4(a) (d)是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的制造方法的實(shí)施方式的其他例 的各研磨工序的圖。在該例中，作為研磨工具的研磨砥石63設(shè)置成能夠相對于旋轉(zhuǎn)的層疊 體15的側(cè)周面進(jìn)退，以便對層疊體15的整個(gè)側(cè)周面進(jìn)行研磨。即，圓柱狀的研磨砥石63 的旋轉(zhuǎn)軸能夠相對于旋轉(zhuǎn)的層疊體15的側(cè)周面進(jìn)退。這樣的圓柱狀研磨砥石63的旋轉(zhuǎn)軸 能夠進(jìn)退的機(jī)構(gòu)可以通過將與旋轉(zhuǎn)軸相連的電動(dòng)機(jī)等設(shè)置成在與旋轉(zhuǎn)軸正交的方向上能 夠移動(dòng)等手段來實(shí)現(xiàn)。另外，利用安裝于電動(dòng)機(jī)的壓力傳感器或轉(zhuǎn)矩計(jì)等檢測自層疊體15 施加于旋轉(zhuǎn)軸的力(研磨壓力)，并利用計(jì)算機(jī)程序控制該研磨壓力，由此使研磨壓力大致 恒定或者使研磨壓力遵循規(guī)定的變化曲線，從而可以使與旋轉(zhuǎn)軸相連的電動(dòng)機(jī)等在與旋轉(zhuǎn) 軸正交的方向上移動(dòng)。另外，為了在層疊體15的整個(gè)側(cè)周面形成一定深度的研磨加工痕跡，也可以如下 進(jìn)行操作。在不旋轉(zhuǎn)層疊體15而使其靜止的狀態(tài)下，僅使研磨砥石63旋轉(zhuǎn)來對層疊體15的 側(cè)周面進(jìn)行研磨。而且，研磨砥石63的旋轉(zhuǎn)軸能夠繞層疊體15的長邊方向的軸進(jìn)行移動(dòng)。 從而，由于研磨砥石63在繞層疊體15的長邊方向的軸移動(dòng)的同時(shí)其自身進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，故能夠 對層疊體15的整個(gè)側(cè)周面進(jìn)行研磨。另外，當(dāng)使研磨砥石63的旋轉(zhuǎn)軸繞層疊體15的長邊 方向的軸移動(dòng)時(shí)，可以考慮研磨砥石63的半徑并預(yù)先利用程序進(jìn)行控制，以使研磨砥石63 的旋轉(zhuǎn)軸與層疊體15的截面形狀對應(yīng)地移動(dòng)。例如，在使研磨砥石63的旋轉(zhuǎn)軸沿著大小 為層疊體15截面形狀數(shù)倍的四邊形狀的周緣部移動(dòng)時(shí)，能夠在層疊體15的整個(gè)側(cè)周面形 成一定深度的研磨加工痕跡，故是優(yōu)選的。另外，通過使研磨壓力恒定，如前所述，無論在層疊體15側(cè)周面的哪個(gè)部分，都能夠以相同程度的深度形成在沿著內(nèi)部電極層13的方向上延伸的線狀的研磨加工痕跡。其 結(jié)果是，有效抑制在層疊體15的側(cè)周面相鄰的內(nèi)部電極層13彼此短路。而且，為了利用研磨砥石63無論在層疊體15側(cè)周面的哪個(gè)部分都以恒定的壓力 進(jìn)行研磨，優(yōu)選研磨砥石63的旋轉(zhuǎn)速度為2000 SOOOrpm左右，層疊體15的旋轉(zhuǎn)速度為 80 150rpm左右。另外，研磨砥石63的直徑優(yōu)選為200 400mm左右。如圖4(a)的俯視圖所示，層疊體15的兩端面15a、15b分別被保持工具61a、61b 保持。圖4(b)是表示在由保持工具61a、61b按壓層疊體15的狀態(tài)下利用研磨砥石63 對層疊體15的邊緣部1 進(jìn)行C面加工的狀態(tài)的縱剖面圖。與層疊體15的棱部15e向研 磨砥石63側(cè)的突出相應(yīng)地，研磨砥石63后退而進(jìn)行C面加工。圖4(c)是表示對層疊體15的側(cè)面即平坦面進(jìn)行研磨加工的狀態(tài)的縱剖面圖。與 層疊體15的平坦面向研磨砥石63的相反側(cè)的縮回相應(yīng)地，研磨砥石63前進(jìn)而進(jìn)行研磨加工。圖4(d)是表示在由保持工具61a、61b按壓層疊體15的狀態(tài)下利用研磨砥石63 對層疊體15的邊緣部1 進(jìn)行R面加工的狀態(tài)的縱剖面圖。與層疊體15的棱部15e向研 磨砥石63側(cè)的突出相應(yīng)地，研磨砥石63后退而進(jìn)行R面加工。通過反復(fù)進(jìn)行這些圖4(b) (d)所示的動(dòng)作，制作出規(guī)定形狀的層疊體15。接 著，在層疊體15的整個(gè)側(cè)周面，形成在沿著內(nèi)部電極層13的方向上延伸的線狀的研磨加工 痕跡。此后，在層疊型壓電元件1的層疊體15的外表面，以能夠與端部露出的內(nèi)部電極 層13導(dǎo)通的方式形成外部電極17。該外部電極17可通過如下方式獲得即在銀粉末及玻 璃粉末中加入結(jié)合劑來制作銀玻璃導(dǎo)電膏，并將其印刷于層疊體15的側(cè)面，通過干燥粘結(jié) 或者在600 800°C下進(jìn)行燒結(jié)而得到。另外，也可以在外部電極17的外表面，形成由埋設(shè)有金屬網(wǎng)或網(wǎng)狀金屬板的導(dǎo)電 性粘結(jié)劑構(gòu)成的導(dǎo)電性輔助部件(未圖示)。金屬網(wǎng)指的是編織金屬線而構(gòu)成的網(wǎng)，網(wǎng)狀金 屬板指的是在金屬板上形成孔而構(gòu)成網(wǎng)狀的金屬板。接著，將形成有外部電極17的層疊體15浸漬于包含由硅酮橡膠構(gòu)成的外裝樹脂 的樹脂溶液中。接下來，通過對硅酮樹脂溶液進(jìn)行真空脫氣，使硅酮樹脂與層疊體15周側(cè) 面的凹凸部緊貼，此后，自硅酮樹脂溶液提起層疊體15。由此，在層疊體15的側(cè)面涂覆有硅 酮樹脂(未圖示)。接著，利用導(dǎo)電性粘結(jié)劑(未圖示)等將作為通電部的引線(未圖示) 與外部電極17連接。接著，經(jīng)由引線自一對外部電極17通過內(nèi)部電極層13向壓電體層11施加0. 1 3kV/mm的直流電場，對層疊體15的壓電體層11進(jìn)行極化，從而完成層疊型壓電元件1。接著，將引線與外部的電壓供給部(未圖示)連接并經(jīng)由引線及外部電極17通過 內(nèi)部電極層13向壓電體層11施加電壓，從而可以使各壓電體層11因逆壓電效應(yīng)而較大地 位移。由此，例如能夠作為向發(fā)動(dòng)機(jī)噴射供給燃料的機(jī)動(dòng)車用燃料噴射閥機(jī)構(gòu)而起作用。圖5是表示本發(fā)明的噴射裝置的實(shí)施方式的一例的簡略剖面圖。如圖5所示，在 噴射裝置25中，在一端具有噴射孔27的收納容器四的內(nèi)部收納有上述示例的層疊型壓電 元件1。在收納容器四內(nèi)配設(shè)有能夠?qū)娚淇?7進(jìn)行開閉的針閥31。在噴射孔27，燃料通路33被配設(shè)為能夠根據(jù)針閥31的移動(dòng)而連通。該燃料通路33與外部的燃料供給源連 結(jié)，始終以一定的高壓將燃料供給至燃料通路33。因此，當(dāng)針閥31使噴射孔27敞開時(shí)，供 給至燃料通路33的燃料以一定的高壓噴出到未圖示的內(nèi)燃機(jī)的燃料室內(nèi)。另外，針閥31的上端部的內(nèi)徑變大，且配置有形成于收納容器四的缸體35和能 夠滑動(dòng)的活塞37。而且，在收納容器四內(nèi)，收納有具有上述示例的層疊型壓電元件1的壓 電執(zhí)行器。在如上所述的噴射裝置25中，若壓電執(zhí)行器被施加電壓而伸長，則活塞37被按 壓，針閥31將噴射孔27閉塞，停止供給燃料。若停止施加電壓，則壓電執(zhí)行器收縮，蝶形彈 簧39將活塞37推回去，從而使噴射孔27與燃料通路33連通而進(jìn)行燃料的噴射。另外，本實(shí)施例的噴射裝置25也可構(gòu)成為包括具有噴射孔27的容器和上述示例 的層疊型壓電元件1，并且，填充于容器內(nèi)的液體在層疊型壓電元件1的驅(qū)動(dòng)下自噴射孔27 噴出。即，層疊型壓電元件1不一定必須位于容器的內(nèi)部，只要構(gòu)成為在層疊型壓電元件1 的驅(qū)動(dòng)下對容器的內(nèi)部施加壓力即可。另外，對液體而言，除燃料或油墨等之外，包括各種 液狀流體(導(dǎo)電膏等)。圖6是表示本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的實(shí)施方式的一例的簡略框圖。如圖6所示， 本實(shí)施例的燃料噴射系統(tǒng)41具有蓄積高壓燃料的共軌43、將蓄積于該共軌43的燃料進(jìn) 行噴射的多個(gè)上述示例的噴射裝置25、向共軌43供給高壓燃料的壓力泵45以及向噴射裝 置25提供驅(qū)動(dòng)信號的噴射控制單元47。噴射控制單元47—邊利用傳感器等對發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)的狀況進(jìn)行感知，一邊 控制燃料噴射的量和時(shí)機(jī)。壓力泵45起如下作用，即自燃料箱49將燃料以1000 2000 大氣壓左右、優(yōu)選1500 1700大氣壓左右的壓力送入共軌43。在共軌43中，蓄積自壓力 泵45送來的燃料，并將其適當(dāng)?shù)厮腿雵娚溲b置25。噴射裝置25如上所述自噴射孔27向燃 燒室內(nèi)霧狀噴射少量的燃料。另外，本發(fā)明并不限于以上的實(shí)施方式的示例，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)能 夠進(jìn)行各種變更。例如，本發(fā)明的層疊型壓電元件可以適用于噴墨打印機(jī)的打印裝置或壓 力傳感器等，只要是利用壓電特性的層疊型的壓電元件，則能夠以同樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)施。附圖標(biāo)記說明1 層疊型壓電元件11 壓電體層13 內(nèi)部電極層15 層疊體15a、15b 兩端面15e 棱部(邊緣部)17 外部電極61a,61b 保持工具63 研磨砥石(研磨工具)
權(quán)利要求
1.一種層疊型壓電元件，其特征在于，包括交替層疊有壓電體層和內(nèi)部電極層的棱柱狀的層疊體，所述層疊體的側(cè)周面的棱部被研磨加工而構(gòu)成倒角部，并且，形成于該倒角部的線狀 的研磨加工痕跡在沿著所述內(nèi)部電極層的方向上延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的層疊型壓電元件，其特征在于，所述層疊體形成為，線狀的所述研磨加工痕跡自所述倒角部遍及與其相鄰的側(cè)周面的 平坦面在沿著所述內(nèi)部電極層的方向上延伸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的層疊型壓電元件，其特征在于，所述層疊體的所述側(cè)周面的所述倒角部和所述平坦面的表面粗糙度相同。
4.一種層疊型壓電體元件的制造方法，該層疊型壓電體元件包括交替層疊有壓電體層 和內(nèi)部電極層的棱柱狀的層疊體，該制造方法的特征在于，保持所述層疊體的兩端部，一邊使所述層疊體繞長度方向的軸旋轉(zhuǎn)，一邊利用研磨工 具對所述層疊體的側(cè)周面進(jìn)行研磨。
5.如權(quán)利要求4所述的層疊型壓電元件的制造方法，其特征在于，所述研磨工具被設(shè)置成能夠相對于旋轉(zhuǎn)的所述層疊體的側(cè)周面進(jìn)退，以便對所述層疊 體的整個(gè)側(cè)周面進(jìn)行研磨。
6.如權(quán)利要求4或5所述的層疊型壓電元件的制造方法，其特征在于，利用維氏硬度Hv為20以上100以下的保持工具以IOMPa以上IOOMPa以下的按壓力 按壓所述層疊體的兩端面而將其保持。
7.—種噴射裝置，其特征在于，包括具有噴出孔的容器和權(quán)利要求1 權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，填充于所述容器內(nèi)的液體在所述層疊型壓電元件的驅(qū)動(dòng)下自所述噴射孔噴出。
8.一種燃料噴射系統(tǒng)，其特征在于，包括蓄積高壓燃料的共軌；噴射蓄積于該共軌的所述高壓燃料的權(quán)利要求7所述的噴射裝 置；向所述共軌供給所述高壓燃料的壓力泵；以及向所述噴射裝置提供驅(qū)動(dòng)信號的噴射控 制單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種層疊型壓電元件，其有效抑制在層疊體的邊緣部相鄰的內(nèi)部電極層彼此短路且提高耐久性。層疊型壓電元件(1)包括交替層疊有壓電體層(11)和內(nèi)部電極層(13)的棱柱狀的層疊體(15)，層疊體(15)的側(cè)周面的棱部(15e)被研磨加工而構(gòu)成倒角部，并且，形成于倒角部的線狀的研磨加工痕跡在沿著內(nèi)部電極層(13)的方向上延伸。
文檔編號H01L41/083GK102113143SQ20098012984
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者佐多哲郎 申請人:京瓷株式會社