[发明专利]多层压电元件和使用该多层压电元件的喷射装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层压电元件和使用该多层压电元件的喷射装置，该多层压电元件用于例如汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨打印机等的液体喷射装置、用于光学装置等的精密定位器件或防振器件。

背景技术

已知有在汽车发动机等的燃料喷射装置中使用的多层压电元件。图13(a)是显示现有技术的多层压电元件的透视图。多层压电元件101包括层叠体109和形成于所述层叠体109的侧面上的一对外电极111，所述层叠体109由多个压电层105和多个内电极层(金属层)107组成，所述压电层105和内电极层107彼此交替地层叠。

内电极层107并不是形成在压电层105的整个主表面上，而是具有所谓的部分电极结构。图13(b)是图13(a)中所显示的多层压电元件101的一部分的分解透视图，说明该部分电极结构。如图13(a)和图13(b)所示，内电极层107以交错方式层叠，使其交替地在一层中暴露于层叠体109的左侧面上，然后在下一层中暴露于层叠体109的右侧面上。在这种构造的情况下，多个内电极层107每隔一层电连接至一对外电极105。非活动(inactive)层113、113在层叠方向上被层叠在层叠体109的两个端面上。

发明内容

如图13(a)和图13(b)所示，具有部分电极结构的多层压电元件具有：活动区A，其中不同极性的内电极层107经由压电层105彼此相对；和非活动区B，其中不同极性的内电极层107不经由压电层105彼此相对。因此，当多层压电元件被驱动时，由于只有活动区A经历位移而非活动区B不经历位移，因此应力集中在活动区A和非活动区B的界面上，这可能成为裂纹生长的起始点。

同样，如图13(a)中所示，多层压电元件101具有在层叠方向上被层叠在其两个端面上的非活动层113。当多层压电元件101被驱动时，由于非活动层113不经过位移，因此应力集中在经历位移的区域和非活动层113之间的界面上，这可能成为裂纹生长的起始点。

上述的裂纹可能从界面朝层叠体109的侧面(在非活动区B侧上)发展，但是也可能朝层叠体109的内侧(在活动区A侧上)发展。当在相对的内电极层107之间的空间内产生电场时，活动区A由于反向压电效应而在电场方向上膨胀，并且在垂直于该膨胀的平面内产生收缩位移。当压电层105在电场方向上膨胀时，整个元件101在层叠方向上膨胀。在元件101被容纳于限制该膨胀的外壳或框架中的情况下，在元件101内以其反作用力的形式产生压缩应力。

已经在界面上开始并且朝活动区A生长的裂纹可能在压电层105的厚度方向上发展，同时根据应力的状态偏斜或支化。当在压电层105的厚度方向上发展的裂纹出现在彼此相对的内电极层107之间的空间中时，可能在内电极层107之间发生短路，使得多层压电元件101的位移量变小。

而且，由于近年来多层压电元件在尺寸上变得更小，并且需要在更高压力下产生更大的位移量，因此它经受更高的电场。多层压电元件还需要长时间承受连续的操作。为了满足这些要求，提出了在其内部安置有应力消除层的这种多层压电元件(参考例如DE10234787A1和DE10307825A1)。然而，现有技术的具有应力消除层的多层压电元件未必具有长时间承受在高压下连续操作的状态的足够耐久性。

本发明的目的是提供一种多层压电元件和喷射装置，所述多层压电元件和喷射装置在高电压和高压力下长时间连续操作中经历更小的位移量变化并且表现出高的耐久性。

本发明的多层压电元件包括：具有相互层叠的多个金属层和多个压电层的层叠体；和形成在所述层叠体的侧面上的一对外电极，其中所述多个金属层中的至少一个是由多个部分金属层以及空隙组成的应力消除层，所述部分金属层散布于在层叠方向上邻接该金属层的两个压电层之间，并且其中在所述两个压电层之间形成多个接合部以将所述两个压电层相互接合，所述接合部被设置在虚直线的两侧，所述虚直线在包括所述应力消除 层并且垂直于所述层叠方向的平面内，被绘制成连接所述外电极中的一个的宽度方向上的中心和所述外电极中的另一个的宽度方向上的中心。

所述一对外电极优选被设置在所述平面被所述虚直线分成两个相等部分的位置。接合部优选被设置在垂直于虚直线并且通过该虚直线的中心的直线上，并且所述接合部更优选沿着层叠体的侧面被设置。多个部分金属层优选通过所述空隙分开而彼此电绝缘。所述应力消除层优选以多个的形式被设置在所述层叠体的所述层叠方向上。所述多个应力消除层优选是经由多个压电层设置的。多个应力消除层更优选以规则排列的形式被设置在所述层叠体的所述层叠方向上。应力消除层优选主要由银组成。