(57)【要約】  【課題】  高電界かつ高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも外部電極から導電部材が剥離することのない、耐久性に優れた積層型圧電素子を提供する。  【解決手段】  圧電体層３と内部電極層５とが交互に積層された積層体７と、積層体７の側面に接合されて内部電極層５に電気的に接続された外部電極９とを含み、外部電極９の表面には複数の開気孔２が形成されている積層型圧電素子１である。開気孔２によって導電部材の外部電極９への接合強度が向上し、剥離を防ぐことができる。また、外部電極の放熱特性が向上するので、外部電極が発熱により熱破壊するのを防ぐことができる。【選択図】  図３
2010024199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層に電気的に接続された外部電極とを含む積層型圧電素子であって、前記外部電極の表面には、複数の開気孔が形成されていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記開気孔が前記外部電極の縁部にも形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記開気孔が積層方向に隣接した前記内部電極層間の領域において形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記開気孔が積層方向に隣接した前記内部電極層間の領域において複数形成されていることを特徴とする請求項３に記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記外部電極の内部に空孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記開気孔が前記外部電極を構成する金属粒子間に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
前記外部電極に導電部材を接合したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層に電気的に接続された外部電極とを含む積層型圧電素子であって、前記外部電極の内部に複数の空孔が表面側に偏って存在していることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項９】
前記空孔が前記外部電極の表層部に存在していることを特徴とする請求項８に記載の積層型圧電素子。
【請求項１０】
前記外部電極の内部にガラス成分が前記積層体との接合面側に偏って存在していることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の積層型圧電素子。
【請求項１１】
前記外部電極の前記ガラス成分が偏在している領域にも複数の前記空孔が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の積層型圧電素子。
【請求項１２】
前記空孔が積層方向に隣接した前記内部電極層間の領域に存在していることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１３】
前記外部電極の前記積層体との接合面側の表層部に、前記ガラス成分からなるガラス層が形成されていることを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１４】
前記ガラス層にも前記空孔が形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の積層型圧電素子。
【請求項１５】
前記空孔が積層方向に隣接した前記内部電極層間の領域に存在していることを特徴とする請求項１４に記載の積層型圧電素子。
【請求項１６】
噴出孔を有する容器と、請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた液体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とする噴射装置。
【請求項１７】
高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する請求項１６に記載の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とする燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、駆動素子（圧電アクチュエータ），センサ素子および回路素子等に用いられる積層型圧電素子に関する。駆動素子としては、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置，インクジェットのような液体噴射装置，光学装置のような精密位置決め装置，振動防止装置が挙げられる。センサ素子としては、例えば、燃焼圧センサ，ノックセンサ，加速度センサ，荷重センサ，超音波センサ，感圧センサおよびヨーレートセンサが挙げられる。また、回路素子としては、例えば、圧電ジャイロ，圧電スイッチ，圧電トランスおよび圧電ブレーカーが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
従来の積層型圧電素子における外部電極としては、特許文献１に開示されているように、銀等の導電材とガラスとを備えた導電性ペーストが用いられている。この導電性ペーストを積層体の側面に塗布し、焼付けを行なうことで外部電極が形成される。そして、この外部電極の外側に、外部電極へ電圧を供給するための導電部材が、半田や導電性接着剤等を用いて接続固定されている。【０００３】
積層型圧電素子は、小型化が進められると同時に、大きな圧力下において大きな変位量を確保するように求められている。そのため、より高い電圧が印加され、しかも長時間連続駆動させる過酷な条件下で使用できることが要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2005−174974号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の外部電極を用いた積層型圧電素子では、高電圧、高圧力下または長時間の連続駆動のような過酷な条件下での使用において、外部電極に接続固定した導電部材が剥離し、外部電極に電圧が供給されなくなって積層型圧電素子が変位しなくなるといった問題が生じていた。【０００６】
また、外部電極に大電流を流して高速で駆動させる場合においては、外部電極が発熱し、熱破壊するといった問題が生じていた。【０００７】
あるいは、外部電極の一部が積層体の側面から剥離する可能性があり、積層体の内部電極層に電圧が供給されなくなるものが発生し、積層型圧電素子が初期の変位を維持できなくなるといった問題が生じることがあった。【０００８】
これは、電圧を印加することによって積層体が積層方向に伸長および収縮する際に、積層体と外部電極との接合界面に応力が生じ、この応力が外部電極の積層体への密着力を上回るためである。すなわち、積層型圧電素子においては、高電圧で長時間連続駆動させた場合に、積層体の側面と外部電極との接合界面に生じる応力によって、外部電極の一部が積層体の側面から剥離し、そのため内部電極層を介して一部の圧電体層に外部電極から電圧が供給されなくなって変位特性が低下するといった問題が生じることがあった。【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高電圧、高圧力下または長時間の連続駆動のような過酷な条件下での使用においても外部電極から導電部材が剥離したり、外部電極が熱破壊したりすることのない積層型圧電素子を提供することを目的とする。【００１０】
また本発明は、高電圧，高圧力または長時間の連続駆動のような過酷な条件下での使用における変位特性の低下を改善することができる積層型圧電素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る第１の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層に電気的に接続された外部電極とを含む積層型圧電素子であって、前記外部電極の表面には、開気孔が形成されていることを特徴とするものである。【００１２】
また、上記構成において、前記開気孔が前記外部電極の縁部にも形成されていることが好ましい。【００１３】
さらに、上記構成において、前記開気孔が積層方向に隣接した前記内部電極層間の領域において形成されていることが好ましい。【００１４】
また、上記構成において、前記開気孔が積層方向に隣接した前記内部電極層間の領域において複数形成されていることが好ましい。【００１５】
さらに、上記各構成において、前記外部電極の内部に空孔が形成されていることが好ましい。【００１６】
また、上記各構成において、前記開気孔が前記外部電極を構成する金属粒子間に形成されていることが好ましい。【００１７】
さらに、上記各構成において、前記外部電極に導電部材が接合されていることが好ましい。【００１８】
本発明に係る第２の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層に電気的に接続された外部電極とを含む積層型圧電素子であって、前記外部電極の内部に複数の空孔が表面側に偏って存在していることを特徴とするものである。【００１９】
また、上記構成において、前記空孔が前記外部電極の表層部に存在していることが好ましい。【００２０】
さらに、上記各構成において、前記外部電極の内部にガラス成分が前記積層体との接合面側に偏って存在していることが好ましい。【００２１】
また、上記構成において、前記外部電極の前記ガラス成分が偏在している領域にも複数の前記空孔が形成されていることが好ましい。【００２２】
さらに、上記各構成において、前記空孔が積層方向に隣接した前記内部電極層間の領域に存在していることが好ましい。【００２３】
また、上記各構成において、前記外部電極の前記積層体との接合面側の表層部に、前記ガラス成分からなるガラス層が形成されていることが好ましい。【００２４】
さらに、上記構成において、前記ガラス層にも前記空孔が形成されていることが好ましい。【００２５】
また、上記構成において、前記空孔が積層方向に隣接した前記内部電極層間の領域に存在していることが好ましい。【００２６】
本発明に係る噴射装置は、噴出孔を有する容器と、上記いずれかの本発明に係る積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた液体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とするものである。【００２７】
本発明に係る燃料噴射システムは、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する上記の本発明に係る噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御システムとを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る第１の積層型圧電素子によれば、外部電極の表面に複数の開気孔が形成されていることから、外部電極へ電圧を供給するための導電部材を半田や導電性接着剤等を用いて外部電極に接合した際に、これら半田や導電性接着剤が外部電極の表面の開気孔に入り込むことにより、半田や導電性接着剤の外部電極に対する接合が良くなり、導電部材の接合強度が向上し、高電圧および高圧力下で連続駆動させた場合においても、導電部材が外部電極から剥離するといった問題が発生するのを防ぐことができる。【００２９】
また、外部電極に大電流を流して、この積層型圧電素子を高速で駆動させた場合においても、外部電極の表面に複数の開気孔を設けているため、外部電極の表面積が大きくなって放熱特性が向上するので、外部電極が発熱により熱破壊するといった問題が生じるのを防ぐことができる。【００３０】
本発明に係る第２の積層型圧電素子によれば、外電電極の内部に複数の空孔が表面側に偏って存在していることから、積層体の駆動に伴う変位によって外部電極に生じる応力を、外部電極の内部の表面側に偏在している複数の空孔が吸収して緩和できるため、積層体の側面から外部電極の一部が剥離したり外部電極内および外部電極と内部電極層との間で断線したりするのを防止することができる。【００３１】
また、複数の空孔が外部電極の表面側に偏在していることから、外部電極の積層体との接合面側の接合強度を低下させることなく、また、長期間連続で駆動させた場合に、万一、外部電極に積層体の側面側からクラックが生じた場合においても、表面側に偏在している空孔がクラックの進展をくい止めるように作用するため、外部電極が断線するのを防止することができる。【００３２】
本発明に係る噴射装置によれば、容器内に蓄えられた液体を噴射孔から吐出させる積層型圧電素子として本発明に係る第１の積層型圧電素子を備えている場合には、積層型圧電素子において積層体の側面の外部電極から導電部材が剥離することを防止でき、また、外部電極が発熱により熱破壊するといった問題が生じるのを防ぐことができるので、液体の所望の噴射を長期にわたって安定して行なうことができる。【００３３】
また、本発明に係る噴射装置によれば、容器内に蓄えられた液体を噴射孔から吐出させる積層型圧電素子として本発明に係る第２の積層型圧電素子を備えている場合には、積層型圧電素子において積層体の側面から外部電極の一部が剥離したり断線したりすることを防止でき、積層体の変位特性が低下するのを防止することができるので、液体の所望の噴射を長期にわたって安定して行なうことができる。【００３４】
本発明に係る燃料噴射システムによれば、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射する装置として本発明の噴射装置を備えていることから、高圧燃料の所望の噴射を長期にわたって安定して行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る第１および第２の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す本発明に係る第１および第２の積層型圧電素子の積層方向に平行な断面図である。
【図３】図２に示す本発明に係る第１の積層型圧電素子における積層体と外部電極との接合界面近傍の一例を示す拡大断面図である。
【図４】本発明に係る第１の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す拡大側面図である。
【図５】本発明に係る第１の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す拡大側面図である。
【図６】本発明に係る第１の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す拡大断面図である。
【図７】本発明に係る第１の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す拡大断面図である。
【図８】本発明に係る第１の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す拡大断面図である。
【図９】本発明に係る第１の積層型圧電素子の外側に、導電部材を接合した場合の例を示す斜視図である。
【図１０】図２に示す本発明に係る第２の積層型圧電素子における積層体と外部電極との接合界面近傍の一例を示す拡大断面図である。
【図１１】本発明に係る第２の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す拡大断面図である。
【図１２】本発明に係る第２の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す拡大断面図である。
【図１３】本発明に係る第２の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す拡大断面図である。
【図１４】本発明に係る第２の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す拡大断面図である。
【図１５】本発明に係る噴射装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図１６】本発明に係る燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システムの実施の形態の例について、図面を参照して詳細に説明する。【００３７】
＜積層型圧電素子の第１の実施形態＞
図１は、本発明に係る第１の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２は、図１に示す積層型圧電素子の積層方向に平行な断面図である。図３は、図２に示す積層型圧電素子における積層体と外部電極との接合界面近傍の拡大断面図の一例である。【００３８】
図３に示すように、第１の実施形態の積層型圧電素子１は、圧電体層３と内部電極層５とが交互に積層された積層体７と、この積層体７の側面に接合されて内部電極層５に電気的に接続された外部電極９とを含む積層型圧電素子１であって、外部電極９の表面に複数の開気孔２Ａが形成されている。【００３９】
このように、外部電極９の表面に複数の開気孔２Ａが形成されていることにより、外部電極９に半田や導電性接着剤を用いてリード線等の導電部材（図示せず）を接続固定する場合、開気孔２Ａに半田や導電性接着剤が入り込むことにより、半田や導電性接着剤の外部電極に対する半田や導電性接着剤の接合が良くなり、その結果、外部電極９に対する導電部材の接合強度を格段に向上させることができる。【００４０】
さらに、外部電極９の表面に複数の開気孔２Ａを設けているため、複数の開気孔２Ａによって外部電極９の表面積が大きくなることによって外部電極９の放熱性が向上するので、外部電極９に大電流を流して積層型圧電素子１を高速で駆動させる場合においても、外部電極９の発熱によって外部電極９が熱破壊することを防止することができる。【００４１】
また、積層型圧電素子１の駆動時には外部電極９に引っ張り応力が加わるが、外部電極９の表面に形成された複数の開気孔２Ａが外部電極９に加わる引っ張り応力に応じて開いたり変形したりすることによって応力を吸収することができるため、積層型圧電素子１を高速で連続駆動させた場合においても、外部電極９が積層体７から剥離するといった問題が生じるのを防ぐことができる。【００４２】
この開気孔２Ａは、外部電極９の表面に開口した微小な孔であり、外部電極９の表面に複数存在しているものである。開気孔２Ａの開口の形状は、特に限定されるものではなく、円形状や楕円形状といった形状であったり、多角形状や不定形状であったりしてもよい。また、開気孔２Ａの大きさは、外部電極９の厚みが例えば10〜50μｍのときには、開口の大きさが径で0.1〜10μｍ、深さが0.1〜10μｍであればよく、内部の径は開口と同程度でも大きくても小さくてもよい。【００４３】
また、図４に示す、第１の積層型圧電素子１の実施の形態の他の例を示す拡大側面図のように、複数の開気孔２Ａは、外部電極９の表面においてほぼ一様に分散して形成されていることが、外部電極９の全体にわたって開気孔２Ａの存在による効果が同様に得られるので好ましい。なお、その効果を局所的に必要とする場合には、所望の箇所に偏在するように形成されていても構わない。【００４４】
また、図５に示す、第１の積層型圧電素子１の実施の形態の他の例を示す拡大側面図のように、開気孔２Ａは、外部電極９の表面に形成されているとともに、外部電極９の縁部にも形成されていることが好ましい。これにより、外部電極９の中央部から縁部に伝わってきた熱を効率よく放散させることが可能となるので、外部電極９の放熱性をさらに向上させることができる。【００４５】
さらに、図６に示す、第１の積層型圧電素子１の実施の形態の他の例を示す拡大断面図のように、開気孔２Ａは、積層方向に隣接した内部電極層５間の領域において形成されていることが好ましい。これにより、導電部材に引っ張り応力が加わった場合でも、その応力が半田や導電性接着剤を介して開気孔２Ａが形成されている箇所から内部電極層５と外部電極９との接合部分に加わることがなくなるので、内部電極層５と外部電極９との接合部分が剥離して断線するのを防ぐことができる。【００４６】
また、図７に示す、第１の積層型圧電素子１の実施の形態の他の例を示す拡大断面図のように、開気孔２Ａは、積層方向に隣接した内部電極層５間の領域において複数形成されていることが好ましい。これにより、積層方向に隣接した内部電極層５間の領域において半田や導電性接着剤による外部電極９と導電部材との接合強度をさらに向上させることができ、また、外部電極９の放熱特性をさらに向上させることができる。【００４７】
さらに、積層体７の伸縮によって外部電極９に生じる応力を開気孔２Ａが変形することで緩和する効果を、積層方向に隣接した内部電極層５間の領域において開気孔２Ａが複数形成されていることによって、大幅に向上させることができる。また、開気孔２Ａが積層方向に隣接した内部電極層５間の領域において複数形成されている例は、図４および図５にも示している。【００４８】
また、本発明の積層型圧電素子１においては、図８に図３と同様の拡大断面図で示すように、外部電極９の表面に複数の開気孔２Ａが形成されているとともに、外部電極９の内部に空孔２Ｂが形成されていることが好ましい。これにより、積層体７の伸縮によって外部電極９に生じる応力を開気孔２Ａが低減する効果を、空孔２Ｂの存在によってさらに向上させることができる。これは、空孔２Ｂが外部電極９に生じる応力に応じて変形することにより、その応力を吸収することができるためである。【００４９】
この空孔２Ｂは、開気孔２Ａと同様にして形成されるものであるが、外部電極９の表面に開口しておらず、外部電極９の内部に閉気孔として存在しているものである。空孔２Ｂの形状や大きさも特に限定されるものではなく、開気孔２Ａと同様に断面形状が円形状や楕円形状といった形状であればよく、多角形状や不定形状であってもよい。また、空孔２Ｂの大きさは、外部電極９の厚みが例えば10〜50μｍのときに、径で0.1〜10μｍであればよい。【００５０】
空孔２Ｂは、外部電極９の内部にほぼ一様に分散して形成されていることが、外部電極９の全体にわたって空孔２Ｂの存在による効果が同様に得られるので好ましいが、その効果を局所的に必要とする場合には、必要に応じて要所に偏在するように形成されていても構わない。【００５１】
また、開気孔２Ａが外部電極９を構成する金属粒子間に形成されていることが好ましい。外部電極９は後述するように金属粒子とガラス成分とで構成されているので、その表面に形成された開気孔２Ａはそれら金属粒子とガラス成分とで形成されていることが多いが、その金属粒子間に開気孔２が形成されていることにより、すなわち開気孔２Ａが金属粒子で取り囲まれたものとして形成されていることにより、開気孔２Ａの内面が放熱性に優れた金属で形成されることとなるので、さらに放熱性を良好なものとすることができる。【００５２】
このように開気孔２Ａが金属粒子間に形成されているものとするには、例えば後述するように外部電極９を印刷して形成するペーストに金属粒子およびガラス成分を含むものと、金属粒子のみでガラス成分をほとんど含まないものとの２種類を用いて、外部電極９の表面側にガラス成分をほとんど含まない層を配置するようにすればよい。【００５３】
さらに、本発明に係る第１の積層型圧電素子１においては、図９に示す、外部電極の外側に導電部材８を接合した場合の例を示す斜視図のように、外部電極９にリード線等の導電部材８を接合することが好ましい。この導電部材８は、半田や導電性接着剤等の結合材11によって外部電極９に接合される。なお、導電部材８は、結合材11によって、外部電極９の積層方向の略全域にわたって接合されていることが好ましい。このように外部電極９に半田や導電性接着剤等の結合材11により導電部材８を接続固定することにより、半田や導電性接着剤および導電部材８に大電流を流すことができるため、大電流を流して積層型圧電素子１を高速で駆動させる場合においても、外部電極９が局所発熱することがなく、高耐久性を備えた積層型圧電素子１とすることができる。なお、導電部材８としては、金属の線材からなるリード線や、メッシュもしくはメッシュ状の金属板等を用いることができる。【００５４】
なお、本発明は、上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。例えば、外部電極９は、上記の例では積層体７の対向する２つの側面に１つずつ形成したが、２つの外部電極９を積層体７の隣り合う側面に形成してもよいし、積層体７の同一の側面に形成してもよい。また、積層体７の積層方向に直交する方向における断面の形状は、上記の実施の形態の例である四角形状以外に、六角形状や八角形状等の多角形状，円形状，あるいは直線と円弧とを組み合わせた形状であっても構わない。【００５５】
＜積層型圧電素子の第２の実施形態＞
図１は、本発明に係る第２の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２は、図１に示す積層型圧電素子の積層方向に平行な断面図である。また、図10は、図２に示す積層型圧電素子における積層体と外部電極との接合界面近傍の拡大断面図の一例である。【００５６】
図10に示すように、本発明に係る第２の積層型圧電素子１は、圧電体層３および内部電極層５が交互に積層された積層体７と、この積層体７の側面に接合されて内部電極層５に電気的に接続された外部電極９とを含む積層型圧電素子１であって、外部電極９の内部であって表面側に、すなわち積層体７と反対側に、複数の空孔２Ｂが偏って存在している。【００５７】
このように、外部電極９の内部の表面側、すなわち外部電極９の内部で積層体７から離れた部分に複数の空孔２Ｂが偏在していることにより、積層型圧電素子１の駆動に伴って積層体７が伸長および収縮した際に外部電極９に生じる応力を、それら複数の空孔２Ｂが変形することによって吸収することができる。この結果、応力のために外部電極９の一部が積層体７の側面から剥離したり、外部電極９が外部電極９内で断線したり、あるいは外部電極９と内部電極層５との間で断線したりするといった問題が生じるのを防ぐことができる。【００５８】
また、複数の空孔２Ｂが単に外部電極９内に存在しているだけではなく、外部電極９の表面側に偏在していることから、長期間連続で駆動させた場合に、外部電極９の積層体７との接合面からクラックが生じた場合でも、外部電極９の表面側に偏在している空孔２Ｂによりクラックの進展を抑えることができるため、外部電極９が断線するといった問題が生じるのを防ぐことができる。【００５９】
さらに、外部電極９の表面側に空孔２Ｂが偏在しており、外部電極９の表面側の熱伝導率を下げることができるので、外部電極９と接合している積層体７の温度分布を均一にすることができる。すなわち、積層型圧電素子１は、駆動時に自己発熱により温度が上昇するが、積層体７の側面の一部に、積層体７に比較して熱伝導率の高い外部電極９が接合されているため、この外部電極９と接合されている部分は放熱特性が良くなり、結果として、積層体７に大きな温度分布が生じて熱応力が高くなり、積層体７が破損する可能性があったのに対して、本発明の積層型圧電素子１によれば、外部電極９の表面側に空孔２Ｂが偏在していることにより、外部電極９の表面側の熱伝導率を下げることができるため、積層体７に大きな温度分布が生じることを抑えることができる。【００６０】
この空孔２Ｂは、外部電極９の内部に形成された微小な閉気孔、いわゆるボイドであり、外部電極９の形成時に内部に形成されたものである。空孔２Ｂの形状は特に限定されるものではなく、例えば球形状や楕円球状といった形状であればよく、多面体状や不定形状であってもよい。また、空孔２Ｂの大きさは、例えば球形状の場合であれば、外部電極９の厚みが10〜50μｍである場合は、0.5〜10μｍの直径であればよい。このような空孔２Ｂが複数存在していることにより、外部電極９の抵抗や強度に悪影響を与えずに有効に応力を吸収することができる。【００６１】
この複数の空孔２Ｂは、外部電極９の表面側であって、外部電極９の表層部９ａに形成されていることが好ましい。これにより、外部電極９の最も応力のかかる部分である表層部９ａに空孔２Ｂが偏在していることとなるので、外部電極９に生じる応力を効果的に低減することができる。【００６２】
ここで、外部電極９の表層部９ａは、外部電極９において、その厚みのうち表面側のおおよそ２／３までの領域である。【００６３】
また、本発明に係る第２の積層型圧電素子１においては、図11に図10と同様の拡大断面図で示すように、外部電極９の内部の積層体７との接合面側にガラス成分４が偏って存在していることが好ましい。このように、外部電極９の内部に圧電体層３との接合強度が高いガラス成分４が積層体７との接合面側が偏在していることにより、外部電極９と内部電極層５との接合強度を高めることによって外部電極９の積層体７の側面への接合強度を向上させることができる。【００６４】
この外部電極９の内部の積層体７との接合面側にガラス成分４が偏って存在している領域９ｂは、外部電極９において、その厚みのうち積層体７側のおおよそ２／３までの領域である。【００６５】
さらに、外部電極９の表面側に空孔２Ｂを形成し、また、外部電極９の内部の積層体７との接合面側にガラス成分４を偏在させておくことにより、高電界で長期間の連続駆動時に、積層型圧電素子１に負荷がかかった場合であっても、圧電体層３よりも強度の低いガラス成分４にマイクロクラックが形成されて応力を分散させることができる。さらに、外部電極９においてガラス成分４よりも表面側に偏在している複数の空孔２Ｂがガラス成分４に形成されたマイクロクラックの進展を防止することができるため、外部電極９が破断に至ることがなく、高信頼性を備えた積層型圧電素子１を製作することができる。【００６６】
また、本発明に係る第２の積層型圧電素子１においては、図12に図10と同様の拡大断面図で示すように、外部電極９のガラス成分４が偏在している領域９ｂにも複数の空孔２Ｂが形成されていることが好ましい。これにより、ガラス成分４が偏在している領域９ｂにおいても空孔２Ｂの変形による外部電極９の応力を緩和して、外部電極９の剥離防止や断線防止の効果を高めることができるとともに、ガラス成分４に形成されるマイクロクラックによる応力分散効果を得ながら、このマイクロクラックが外部電極９中を積層体７との接合面側へ進展するのを防ぐことができる。【００６７】
さらに、本発明に係る第２の積層形圧電素子１においては、空孔２Ｂは、積層方向に隣接した内部電極層５間の領域に存在していることが好ましい。これにより、外部電極９に生じる応力を、積層方向に隣接した内部電極層５間の領域に存在している空孔２Ｂが変形することにより吸収して緩和することができる。その結果、外部電極９と内部電極層５との接合部分に負荷がかかるのを抑制することができ、外部電極９と内部電極層５との接点にて断線が起こるのを効果的に防止することができる。【００６８】
また、空孔２Ｂは、外部電極９に対して１つだけが形成されているだけではその効果を発揮する上で十分ではないので、外部電極９の表面側に複数形成されていることが必要である。外部電極９の表面側に空孔２Ｂが複数形成されていることにより、外部電極９と積層体７の側面との間の応力低減効果を高めて効果的に得ることができ、積層型圧電素子１を高電界で高速で連続駆動させた場合においても、外部電極９の一部が積層体７の側面から剥離して変位特性が低下するという問題が生じるのを有効に防ぐことができる。【００６９】
また、本発明に係る第２の積層形圧電素子１においては、図13に図10と同様の拡大断面図で示すように、外部電極９の積層体７との接合面側の表層部９ｂに、ガラス成分からなるガラス層10が形成されていることが好ましい。図13は外部電極９の積層体７の側面との接合面側の表層部にガラス層10が形成されている例を示す拡大断面図である。すなわち、圧電体層３との接合強度の高いガラス層10を外部電極９の積層体７との接合面側の表層部９ｂに形成しておくことによって、外部電極９の積層体７の側面への接合強度をより強固なものとすることができる。【００７０】
このガラス層10の厚みとしては、例えば外部電極９の厚みが10〜50μｍであれば、0.1〜５μｍの範囲としておくとよい。【００７１】
このように積層体７の側面との接合面側の、外部電極９の表層部９ｂにガラス成分からなるガラス層10を形成するには、銀ガラス導電性ペーストを積層体７の側面に印刷して焼付けることによって外部電極９を形成する場合であれば、銀ガラス導電性ペーストに含まれるガラス成分の軟化温度以上の温度で外部電極９の焼付けを行なえばよい。さらに、確実にガラス層10を形成するには、外部電極９を形成する銀ガラス導電性ペーストを２層以上の構造で形成して焼付けを行なえばよい。【００７２】
すなわち、積層体７の側面との接合面側にはガラス成分の含有率の大きい銀ガラス導電性ペーストを用い、反対の表面側にはガラス成分の含有率の少ない銀ガラス導電性ペーストを用いて２層以上の構造として積層体７の側面に塗布し、焼付けを行なえばよい。これによって、外部電極９を形成する銀ガラス導電性ペーストの焼付け時にペースト中のガラス成分が軟化して流動するが、積層体７の側面との接合面側の銀ガラス導電性ペーストに圧電体層３との濡れ性の良いガラス成分の含有率が大きいものを用いることで、焼付け時にそのガラス成分を外部電極９中において積層体７の側面側に偏析させることができ、その結果、外部電極９の積層体７の側面との接合面側の表層部９ｂにガラス層10を確実に形成することができる。【００７３】
外部電極９にガラス層10を形成するために銀ガラス導電性ペーストに含有させるガラス成分としては、軟化温度が600〜950℃のシリカガラス，ソーダ石灰ガラス，鉛アルカリ珪酸ガラス，アルミノほう珪酸塩ガラス，ほう珪酸塩ガラス，アルミノ珪酸塩ガラス，ほう酸塩ガラス，りん酸塩ガラス等を用いることができる。【００７４】
また、ガラス層10の厚みは、例えば外部電極９の厚みが10〜50μｍのときに、0.1〜５μｍとして、外部電極９の厚みの10分の１程度としておくと、外部電極９の積層体７の側面に対する接合強度を良好に高める上で好ましい。【００７５】
また、本発明に係る第２の積層型圧電素子１においては、図14に図３と同様の拡大断面図で示すように、ガラス層10にも空孔２Ｂが形成されていることが好ましい。すなわち、外部電極９と積層体７との接合面側の表層部９ｂに、外部電極９と積層体７との接合強度を高めるガラス層10を形成し、さらに、このガラス層10にも空孔２Ｂを形成しておくことにより、外部電極９と積層体７との接合強度を高く保ったまま、外部電極９と積層体７との接合界面に生じる応力をガラス層10に形成された空孔２Ｂが吸収して緩和することができるため、長期間の連続駆動においても、外部電極９が積層体７の側面から剥離するといった問題が生じるのを効果的に防ぐことができる。【００７６】
さらに、本発明に係る第２の積層型圧電素子１においては、ガラス層10に形成された空孔２Ｂは、積層方向に隣接した内部電極層５間の領域において存在していることが好ましい。これにより、外部電極９と内部電極層５との導通接合を良好に保ったまま、最も大きな応力のかかる部分である積層体７との接合面側の表層部９ｂに形成されたガラス層10にも空孔２Ｂを配置しているため、外部電極９における応力分散効果がさらに高まるものとなる。【００７７】
なお、本発明は、上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。例えば、外部電極９は、上記の例では積層体７の対向する２つの側面に１つずつ形成したが、２つの外部電極９を積層体７の隣り合う側面に形成してもよいし、積層体７の同一の側面に形成してもよい。また、積層体７の積層方向に直交する方向における断面の形状は、上記の実施の形態の例である四角形状以外に、六角形状や八角形状等の多角形状，円形状，あるいは直線と円弧とを組み合わせた形状であっても構わない。【００７８】
＜噴射装置の実施形態＞
次に、本発明に係る噴射装置の実施の形態の一例について説明する。図15は、本発明に係る噴射装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。【００７９】
図15に示すように、本例の噴射装置19は、一端に噴射孔21を有する収納容器（容器）23の内部に上記の実施の形態の例に代表される、本発明の積層型圧電素子１が収納されている。【００８０】
収納容器23内には、噴射孔21を開閉するニードルバルブ25が配設されている。噴射孔21には流体通路27がニードルバルブ25の動きに応じて連通可能になるように配設されている。この流体通路27は外部の流体供給源に連結され、流体通路27に常時高圧で流体が供給されている。従って、ニードルバルブ25が噴射孔21を開放すると、流体通路27に供給されていた流体が外部または隣接する容器、例えば内燃機関の燃料室（不図示）に、噴射孔21から吐出されるように構成されている。【００８１】
また、ニードルバルブ25の上端部は内径が大きくなっており、収納容器23に形成されたシリンダ29と摺動可能なピストン31が配置されている。そして、収納容器23内には、前述した本発明の積層型圧電素子１が収納されている。【００８２】
このような噴射装置19では、積層型圧電素子１が電圧を印加されて伸長すると、ピストン31が押圧され、ニードルバルブ25が噴射孔21に通じる流体通路27を閉塞し、流体の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると積層型圧電素子１が収縮し、皿バネ33がピストン31を押し返し、流体通路27が開放され噴射孔21が流体通路27と連通して、噴射孔21から流体の噴射が行なわれるようになっている。【００８３】
なお、積層型圧電素子１に電圧を印加することによって流体通路27を開放し、電圧の印加を停止することによって流体通路27を閉鎖するように構成してもよい。【００８４】
また、本発明に係る噴射装置19は、噴射孔21を有する容器23と、本発明の積層型圧電素子１とを備え、容器23内に充填された流体を積層型圧電素子１の駆動により噴射孔21から吐出させるように構成されていてもよい。すなわち、積層型圧電素子１が必ずしも容器23の内部にある必要はなく、積層型圧電素子１の駆動によって容器23の内部に流体の噴射を制御するための圧力が加わるように構成されていればよい。なお、本発明において、流体とは、燃料，インク等の他、種々の液状流体（導電性ペースト等）および気体が含まれる。本発明の噴射装置19を用いることによって、流体の流量および噴出タイミングを長期にわたって安定して制御することができる。【００８５】
本発明の積層型圧電素子１を採用した本発明噴射装置19を内燃機関に用いれば、従来の噴射装置に比べてエンジン等の内燃機関の燃焼室に燃料をより長い期間にわたって精度よく噴射させることができる。【００８６】
＜燃料噴射システムの実施形態＞
次に、本発明に係る燃料噴射システムの実施の形態の一例について説明する。図16は、本発明に係る燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略図である。【００８７】
図16に示すように、本例の燃料噴射システム35は、高圧流体としての高圧燃料を蓄えるコモンレール37と、このコモンレール37に蓄えられた高圧流体を噴射する複数の本発明の噴射装置19と、コモンレール37に高圧流体を供給する圧力ポンプ39と、噴射装置19に駆動信号を与える噴射制御ユニット41とを備えている。【００８８】
噴射制御ユニット41は、外部情報または外部からの信号に基づいて高圧流体の噴射の量およびタイミングを制御する。例えば、エンジンの燃料噴射に噴射制御ユニット41を用いた場合であれば、エンジンの燃焼室内の状況をセンサ等で感知しながら燃料噴射の量およびタイミングを制御することができる。【００８９】
圧力ポンプ39は、燃料タンク43から流体燃料を高圧でコモンレール37に供給する役割を果たす。例えばエンジンの燃料噴射システム35の場合には1000〜2000気圧程度、好ましくは1500〜1700気圧程度の高圧にしてコモンレール37に流体燃料を送り込む。コモンレール37では、圧力ポンプ39から送られてきた高圧燃料を蓄え、噴射装置19に適宜送り込む。噴射装置19は、前述したように噴射孔21から一定の流体を外部または隣接する容器に噴射する。例えば、燃料を噴射供給する対象がエンジンの場合には、高圧燃料を噴射孔21からエンジンの燃焼室内に霧状に噴射する。【００９０】
＜製造方法＞
本発明に係る第１の積層型圧電素子の製造方法について説明する。【００９１】
まず、圧電体層３となるセラミックグリーンシートを製作する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してスラリーを製作する。そして、ドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このスラリーからセラミックグリーンシートを製作する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル），ＤＯＰ（フタル酸ジオチル）等を用いることができる。【００９２】
次に、内部電極層５となる導電性ペーストを製作する。具体的には、銀−パラジウムの金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することで導電性ペーストを製作することができる。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極層５のパターンで配設する。さらに、この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度で脱バインダーを行なった後、900〜1200℃の温度で焼成することによって、交互に積層された圧電体層３および内部電極層５を備えた積層体７を形成することができる。【００９３】
なお、積層体７は、上記製造方法によって製作されるものに限定されるものではなく、複数の圧電体層３と複数の内部電極層５とを交互に積層してなる積層体７を製作できれば、どのような製造方法によって形成されてもよい。【００９４】
次に、焼成して得られた積層体７に、平面研削盤等を用いて、所定の形状になるよう研削を行なう。【００９５】
その後、銀を主成分とする導電材粉末およびガラス粉末にバインダー，可塑剤および溶剤を加えて製作した銀ガラス導電性ペーストを、外部電極９のパターンで積層体７の側面にスクリーン印刷等によって印刷する。その後、所定の温度で乾燥し、焼付けを行なうことにより、外部電極９を形成することができる。【００９６】
ここで、外部電極９の表面に複数の開気孔２Ａを形成するには、外部電極９を焼付けによって形成した後に、微粒のサンドブラストやドライアイスブラスト等で外部電極９の表面をブラスト処理すればよい。具体的には、粒径３μｍ程度の砥粒を外部電極９の表面にブラストすることにより、外部電極９表面に５μｍ程度の開気孔２Ａを形成することができる。【００９７】
また、別の方法としては、外部電極９を形成する積層体７の側面に前述の銀ガラス導電性ペーストを塗布した後に、さらにその表面に、銀を主成分とする導電材粉末に焼付け時に燃えてなくなる気孔材およびバインダー，可塑剤，溶剤を加えて製作した気孔形成用ペーストを外部電極９の表面に印刷し、所定の温度で乾燥し、焼付けを行なうことにより、表面に複数の開気孔２Ａを備えた外部電極９を形成することができる。この場合は、具体的には例えば平均粒径５μｍのアクリルビーズからなる気孔材を用いて上述の気孔形成用ペーストを製作し、銀ガラス導電性ペーストを塗布して乾燥した上面に、気孔形成用ペーストを約８μｍの厚みで塗布して乾燥した後、630〜800℃の温度で焼付けを行なうことにより、焼付け時にアクリルビーズが燃えてなくなり、表面に開気孔２Ａを備えた外部電極９を形成することができる。【００９８】
ここで、気孔形成用ペーストに用いる気孔材としては、カーボン粉末、あるいはアクリルビーズ等の有機樹脂からなるビーズ等が好ましい。気孔形成用ペーストの焼付け後の外部電極９の表面に、それら気孔材の形状および大きさにならって開気孔２Ａが形成される。【００９９】
また、さらに別の方法としては、まず、外部電極９を形成する積層体７の側面に、前述の銀ガラス導電性ペーストを印刷して乾燥した後、所定の温度で焼付けを行なう。その後、さらにその表面に銀を主成分とする導電材粉末にバインダー，可塑剤および溶剤を加えて製作した銀ペーストを印刷して乾燥し、銀ガラス導電性ペーストの焼付けよりも低い温度で焼付けを行なうことにより、表面に複数の開気孔２Ａを備えた外部電極９を形成することができる。すなわち、銀ペーストを銀の焼結が進まない温度で焼付けることにより、表面に複数の開気孔２Ａを備えた外部電極９を形成することができる。【０１００】
具体的には、銀ガラス導電性ペーストの焼付けを680〜950℃の温度で行ない、その表面に印刷する銀ペーストの焼付けを600〜680℃の温度で行なうことにより、銀ガラス導電性ペースト中に含まれるガラス成分が積層体７の側面と強固に接合され、一方、銀ペースト中の銀粉末の焼結により、外部電極９の表面に複数の開気孔２Ａを形成することができる。【０１０１】
なお、積層方向に隣接した内部電極層５間の領域において形成されているように、外部電極９の表面において開気孔２Ａを偏在させて形成するには、例えば、開気孔２Ａを形成させたくない場所にマスキングを施した状態で上述のブラスト処理を行なうことにより、所望の場所に開気孔２Ａを形成することができる。また、例えば、開気孔２Ａを形成させたい場所にのみ上述の気孔形成用ペーストを塗布し、焼付けを行なえばよい。【０１０２】
また、前述の気孔材ペーストの厚みを厚くすることにより、外部電極９の内部に空孔２Ｂを備えた外部電極９を形成することができる。【０１０３】
あるいは、前述の銀ペーストの厚みを厚くしておくことでも、外部電極９の内部に空孔２Ｂを形成することができる。【０１０４】
次に、図９に斜視図で示すように、金属の線材からなるリード線や、金属メッシュあるいはメッシュ状の金属板等からなる導電部材８を、外部電極９の表面に半田や導電性接着剤の結合材11を用いて接合し接続固定する。ここで、導電部材８の材質は、銀，ニッケル，銅，リン青銅，鉄，ステンレス等の金属や合金が好ましい。また、導電部材８の表面には、銀やニッケル等のメッキが施されていてもよい。【０１０５】
なお、導電部材８は、外部電極９の積層方向の全てにわたって接合されていてもよいし、外部電極９の一部分に接合されていても構わない。【０１０６】
次に、シリコーンゴムからなる外装樹脂を含む樹脂溶液に、外部電極９を形成した積層体７を浸漬する。そして、シリコーン樹脂溶液を真空脱気することにより、積層体７の外周側面の凹凸部にシリコーン樹脂を密着させ、その後、シリコーン樹脂溶液から積層体７を引き上げる。これにより、外部電極９を形成した積層体７の側面にシリコーン樹脂がコーティングされる。【０１０７】
その後、一対の外部電極９に接続した導電部材８に0.1〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体７を構成する圧電体を分極することによって、本例の積層型圧電素子１が完成する。この積層型圧電素子１によれば、導電部材８であるリード線を介して外部電極９と外部の電源とを接続して、圧電体層３に電圧を印加することにより、各圧電体層３を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。これにより、例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能させることが可能となる。【０１０８】
次に、本発明に係る第２の積層型圧電素子の製造方法について説明する。【０１０９】
圧電体層３となるセラミックグリーンシートを製作する工程から、銀を主成分とする導電材粉末およびガラス粉末にバインダー，可塑剤および溶剤を加えて製作した銀ガラス導電性ペーストを、外部電極９のパターンで積層体７の側面にスクリーン印刷等によって印刷し、その後、所定の温度で乾燥し、焼付けを行なう工程までは、上述の本発明に係る第１の積層型圧電素子の製造方法と同じであるので書略する。【０１１０】
空孔２Ｂを外部電極９の表面側に偏在するように形成するには、焼付け後に外部電極９となる銀ガラス導電性ペーストを、外部電極９を形成する積層体７の側面に印刷した後に、その表面に空孔材を分散させて作製した空孔材入り銀導電性ペーストを印刷し焼付けを行なうことにより、焼付け時に空孔材が燃えてなくなることによって、外部電極９の表面側に所望の空孔２Ｂを複数偏在させて形成することができる。【０１１１】
ここで、空孔材としては、カーボン粉末が、あるいはアクリルビーズ等の有機樹脂からなるビーズ等が好ましく、これらの空孔材に銀を主成分とした導電材粉末およびバインダーを添加混合することにより、空孔材入り銀導電性ペーストを作製することができる。【０１１２】
また、外部電極９と積層体７との接合面側にガラス成分４を偏在させるには、ガラス粉末の添加量の多い銀ガラス導電性ペーストを積層体７の側面に印刷し、その後、その表面に空孔材入り銀導電性ペーストを印刷して、焼付けを行なえばよい。【０１１３】
また、ガラス成分４が偏在している領域９ａにも空孔２Ｂを形成するには、積層体７の側面に印刷する銀ガラス導電性ペーストにも空孔材を添加しておけばよい。【０１１４】
ここで、前述のように銀ガラス導電性ペーストを印刷した後に、空孔材入り銀導電性ペーストを印刷して焼付けを行なってもよいし、銀ガラス導電性ペーストを印刷して焼付けを行なった後に、空孔材入り銀導電性ペーストを印刷し、焼付けを行なってもよい。【０１１５】
次に、シリコーンゴムを含む外装樹脂を形成するための樹脂溶液（シリコーン樹脂溶液）に外部電極９を形成した積層体７を浸漬する。そして、外部電極９を形成した積層体７の表面に塗布されたシリコーン樹脂溶液を真空脱気することにより、積層体７の外周側面の凹凸部にシリコーン樹脂溶液を密着させ、その後、シリコーン樹脂溶液から積層体７を引き上げる。これにより、外部電極９を形成した積層体７の側面にシリコーンゴムを含む外装樹脂がコーティングされる。そして、外部電極９に通電部としてリード線（図示せず）を導電性接着剤等で接続する。【０１１６】
その後、積層体７の対向する側面に形成された一対の外部電極９に0.1〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体７を構成する圧電体層３を分極することによって、本例の積層型圧電素子１を得ることができる。【０１１７】
この積層型圧電素子１によれば、リード線を介して外部電極９と外部の電源とを接続して、圧電体層３に電圧を印加することにより、各圧電体層３を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。これにより、例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能させることが可能となる。そして、各圧電体層３が大きく変位して積層体７が大きく伸長および収縮した際に外部電極９に生じる応力を複数の空孔２Ｂによって緩和することができ、長期間に渡って安定して駆動することができる積層型圧電素子１となる。
【実施例】
【０１１８】
＜第１の積層型圧電素子の実施例＞
本発明に係る第１の積層型圧電素子を備えた圧電アクチュエータを以下のようにして製作した。まず、平均粒径が0.4μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダーおよび可塑剤を混合したスラリーを製作した。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚みが150μｍの圧電体層となるセラミックグリーンシートを製作した。【０１１９】
また、銀−パラジウム合金にバインダーを加えて、内部電極層となる導電性ペーストを製作した。【０１２０】
次に、セラミックグリーンシートの片面に、内部電極層となる導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、これらの導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを300枚積層した。そして、980〜1100℃で焼成することにより積層体を得た。【０１２１】
得られた積層体を平面研削盤を用いて所定の形状に研削した後、外部電極を形成する積層体の側面に銀ガラス導電性ペーストを塗布し、その後、銀粉末に平均粒径５μｍのアクリルビーズを添加し、さらにバインダー，可塑剤，溶剤を添加して製作した気孔形成用ペーストを８μｍの厚みで印刷し、650℃にて焼付けを行なった。【０１２２】
また、比較例として本発明の範囲外の、外部電極の表面に開気孔のない試料番号１の積層型圧電素子を製作した。これは、外部電極となる銀ガラス導電性ペーストを印刷し、乾燥した後、950℃にて焼付けを行なうことにより得た。【０１２３】
なお、気孔形成用ペーストを用いて製作した本発明の実施例である試料番号２の積層型圧電素子においては、外部電極の表面に平均開口径が４μｍで深さが３μｍの複数の開気孔が形成されていた。なお、このとき開気孔は、外部電極の表面において約5000個／ｍｍ２で、略均一に分布していた。【０１２４】
また、気孔形成用ペーストを20μｍの厚みで印刷し、650℃にて焼付けを行なった本発明の実施例である試料番号３の積層型圧電素子においては、外部電極の表面に平均開口径が４μｍで深さが３μｍの複数の開気孔が、また外部電極の内部には、平均径が４μｍの空孔が形成されていた。このとき、開気孔は、外部電極の表面において約5000個／ｍｍ２で、略均一に分布していた。また、空孔は外部電極の表面近傍に偏在していた。【０１２５】
さらに、気孔用ペーストを外部電極の縁部にも８μｍの厚みで印刷して650℃にて焼付けを行なった本発明の実施例である試料番号４の積層型圧電素子においては、試料番号２の積層型圧電素子と同様の開気孔が外部電極の表面に形成されており、さらに外部電極の縁部にも開気孔が形成されていた。この開気孔は、約70個／ｍｍ２で略均一に分布していた。【０１２６】
また、積層方向に隣接した内部電極層間の領域にのみ気孔用ペーストを８μｍの厚みで印刷し、650℃にて焼付けを行なった本発明の実施例である試料番号５の積層型圧電素子においては、試料番号２と同様の開気孔が外部電極の表面の積層方向に隣接した内部電極層間の領域に形成されていた。【０１２７】
次に、各積層型圧電素子の外部電極の表面に、半田にて金属メッシュからなる導電部材を接合して接続固定した。【０１２８】
その後、各積層型圧電素子に対して、導電部材を介して外部電極に３ｋＶ／ｍｍの直流電界を15分間印加して、分極処理を行なった。このようにして積層型圧電素子を用いた圧電アクチュエータを製作した。得られた圧電アクチュエータに160Ｖの直流電圧を印加したところ、積層体の積層方向に40μｍの変位量が得られた。さらに、この圧電アクチュエータを室温で０〜＋160Ｖの交流電圧を150Ｈｚの周波数で印加して、１×10９回および１×10１０回まで連続駆動した試験を行なった。得られた結果を表１に示す。【０１２９】
【表１】
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【０１３０】
表１に示す結果から分かるように、本発明の比較例である試料番号１の圧電アクチュエータでは、外部電極の表面に開気孔が存在しないために、１×10９回の駆動後に外部電極にクラックが生じており、外部電極の一部が積層体の側面から剥離して、変位特性が低下していた。また、さらに駆動を５×10９回まで継続したところ、半田にて接続固定した導電部材が駆動時の応力によって外部電極から剥離し、変位しなくなってしまっていた。【０１３１】
一方、本発明の実施例である試料番号２〜５の圧電アクチュエータでは、外部電極の表面に複数の開気孔が存在していることから、駆動時に外部電極に生じる応力をそれら開気孔が変形することにより吸収できるため、外部電極の一部が積層体の側面から剥離して変位特性が低下するといった問題は生じていない。さらに、５×10９回まで駆動を継続しても外部電極の剥離や導電部材の剥離は生じず、変位特性の変化は見られなかった。【０１３２】
従って、本発明の積層型圧電素子によれば、導電部材を接続固定している半田の一部が開気孔に侵入することにより接合強度が向上しているため、高電界で連続駆動した場合においても導電部材が剥離するといった問題が生じることなく、高信頼性を兼ね備えていることが分かった。また、外部電極の表面に複数の開気孔を備えているため、それら開気孔が外部電極の熱を有効に放熱するのに寄与しているため、外部電極が発熱により破壊するといった問題も生じていなかった。【０１３３】
なお、外部電極の内部に空孔を備えた試料番号５は、それら空孔が変形することにより表面の開気孔と相まって外部電極に生じる応力を有効に吸収することができるため、外部電極に微小なクラックさえ生じていなかった。【０１３４】
＜第２の積層型圧電素子の実施例＞
本発明に係る第２の積層型圧電素子を備えた圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。まず、平均粒径が0.4μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダーおよび可塑剤を混合したスラリーを作製した。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚みが150μｍの圧電体層３となるセラミックグリーンシートを作製した。【０１３５】
また、銀−パラジウム合金にバインダーを加えて、内部電極層となる導電性ペーストを作製した。【０１３６】
次に、セラミックグリーンシートの片面に、内部電極層となる導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、これらの導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを300枚積層した。そして、980〜1100℃で焼成することにより積層体を得た。次に、得られた積層体を平面研削盤を用いて所定の形状に研削した。【０１３７】
その後、空孔材としての球形のアクリルビーズ（平均粒径５μｍ）と銀粉末とに、バインダーおよび可塑剤を添加して作製した空孔材入り銀ペーストと、空孔材と銀粉末とガラス粉末（軟化温度730℃）とに、バインダーおよび可塑剤を添加して作製した空孔材入り銀ガラス導電性ペーストと、銀粉末とガラス粉末（軟化温度730℃）とに、バインダーおよび可塑剤を添加して作製した銀ガラス導電性ペーストとを作製した。【０１３８】
そして、外部電極の形成面となる積層体の側面に、上記のいずれかの、または複数のペーストを印刷し、700℃にて焼付けを行なうことにより、積層型圧電素子を作製した。【０１３９】
ここで、外部電極を銀ガラス導電性ペーストのみを用いて作製した本発明の比較例の試料番号11には、外部電極中に空孔は見られなかった。【０１４０】
一方、積層体の側面に、銀ガラス導電性ペーストを印刷し、その表面に空孔材入り銀ペーストを印刷して焼き付けた試料番号12には、外部電極の表面側に略球形の空孔（平均直径３μｍ）が形成され、積層体との接合面側にはガラス成分が偏在していた。【０１４１】
また、積層体側面に、銀ガラス導電性ペースト、空孔材入り銀ガラス導電性ペースト、空孔材入り銀ペーストの順に印刷し、焼付けを行なった試料番号13には、外部電極の表面側から、積層体との接合面に向けて、空孔の形成された領域、空孔とガラス成分の混在した領域、ガラス成分の偏在した領域、が形成されていた。【０１４２】
また、銀ガラス導電性ペーストに含まれるガラスの軟化温度を600℃とし、700℃にて焼付けを行なった以外は、試料番号11と同じ製法で作製した試料番号14には、外部電極と積層体の接合界面に平均で１μｍの厚みのガラス層が形成され、また、外部電極の表面側には、空孔が形成されていた。【０１４３】
その後、各積層型圧電素子に対して、外部電極にリード線を接続し、正極および負極の外部電極にそれぞれリード線を介して３ｋＶ／ｍｍの直流電界を15分間印加して、分極処理を行なった。このようにして積層型圧電素子を用いた圧電アクチュエータを作製した。得られた圧電アクチュエータに160Ｖの直流電圧を印加したところ、積層体の積層方向に40μｍの変位量が得られた。さらに、この圧電アクチュエータを室温で０〜＋160Ｖの交流電圧を150Ｈｚの周波数で印加して、１×10９回および１×10１０回まで連続駆動した試験を行なった。得られた結果を表２に示す。【０１４４】
【表２】
2010024199.tif 000004
【０１４５】
表２に示す結果から分かるように、本発明の比較例である試料番号11の圧電アクチュエータでは、外部電極の内部において表面側に偏在している複数の空孔を形成していないために、駆動時に積層体の伸縮によって外部電極に生じる応力を吸収することができずに、１×10９回の駆動後には外部電極の一部が積層体の側面から剥離し、変位特性が１／２に低下してしまっていた。
一方、本発明の実施例である試料番号12〜14の圧電アクチュエータでは、外部電極の内部において表面側に複数の空孔を偏在させてあることから、駆動時に生じる応力をこの空孔が変形することに吸収することができるため、１×10９回の駆動後にも外部電極の一部が積層体の側面から剥離して変位特性が低下するといった問題は生じていなかった。【０１４６】
さらに、外部電極の内部において積層体との接合面側にガラス成分を偏在させている領域に空孔が形成されている試料番号13、および外部電極の内部において積層体との接合面側の表層部にガラス層が形成されている試料番号14については、１×10１０回駆動後にも外部電極の一部が積層体の側面から剥離して変位特性が低下することはなく、さらに高耐久性を備えていることが分かった。
【符号の説明】
【０１４７】
１・・・・積層型圧電素子
２Ａ・・・開気孔
２Ｂ・・・空孔
３・・・・圧電体層
５・・・・内部電極層
７・・・・積層体
８・・・・導電部材
９・・・・外部電極
10・・・・ガラス層
11・・・・結合材
19・・・・噴射装置
21・・・・噴射孔
23・・・・収納容器（容器）
25・・・・ニードルバルブ
27・・・・流体通路
29・・・・シリンダ
31・・・・ピストン
33・・・・皿バネ
35・・・・燃料噴射システム
37・・・・コモンレール
39・・・・圧力ポンプ
41・・・・噴射制御ユニット
43・・・・燃料タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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