(57)【要約】  長時間の駆動による変位量の低下を改善した積層型圧電素子を提供するために、その積層型圧電素子は、複数の圧電体と複数の内部電極とを有してなりその圧電体と内部電極とが交互に積層された積層体と、その第１の側面に形成された第１の外部電極と、第２の側面に形成された第２の外部電極とを備え、複数の内部電極が交互に第１と第２の外部電極のいずれか一方に接続されるように、第１及び第２の側面において絶縁分離された内部電極とが交互に配置されて、積層体が、隣り合う内部電極が積層方向に対向する対向部分と、内部電極の１つ置きに対向してなり第１及び第２の側面に沿って設けられた非対向部分とに区分された積層型圧電素子であって、複数の内部電極のうち少なくとも一つは、その内部電極の中に設けられた複数の内部電極非形成部位を対向部分と非対向部分との境界に沿って有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電体と複数の内部電極とを有してなりその圧電体と内部電極とが交互に積層された積層体と、前記積層体の第１の側面に形成された第１の外部電極と、前記積層体の第２の側面に形成された第２の外部電極とを備え、
前記複数の内部電極が交互に前記第１および第２の外部電極のいずれか一方に接続されるように、前記第１および第２の側面においてそれぞれ前記複数の内部電極は前記第１の外部電極または前記第２の外部電極に接続された前記内部電極と前記第１の側面または前記第２の側面から離れて形成されることにより絶縁分離された前記内部電極とが交互に配置されて、
前記積層体が、隣り合う前記内部電極が積層方向に対向する対向部分と、前記内部電極の１つ置きに対向してなり前記第１および前記第２の側面に沿って設けられた非対向部分とに区分された積層型圧電素子であって、
前記複数の内部電極のうち少なくとも一つは、当該内部電極の中に設けられた複数の内部電極非形成部位を前記対向部分と前記非対向部分との境界に沿って有することを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記複数の内部電極非形成部位が前記対向部分と前記非対向部分との前記境界と平行な方向に整列された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】
前記内部電極非形成部位が前記対向部分と前記非対向部分とに跨って形成された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】
前記複数の内部電極非形成部位が前記対向部分と前記非対向部分との前記境界と平行な複数の列に整列されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記複数の内部電極非形成部位が前記対向部分と前記非対向部分との前記境界上と当該境界に平行な１以上の線上に整列され、前記境界上に配列された前記内部電極非形成部位の面積が他の線上に配列された前記内部電極非形成部位の面積より大きい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６】
前記内部電極非形成部位を前記対向部分と一方の前記非対向部分との前記境界に沿って有する前記内部電極がさらに前記対向部分と他方の前記非対向部分との前記境界に沿って前記複数の内部電極非形成部位を有す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】
前記複数の内部電極のうちの２以上の前記内部電極が、前記内部電極非形成部位を含む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８】
前記内部電極非形成部位を含む２以上の前記内部電極が積層方向に周期的に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
積層方向に隣り合う一対の前記内部電極が、それぞれ前記内部電極非形成部位を有していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の積層型圧電素子。
【請求項１０】
それぞれ前記内部電極非形成部位を有する前記一対の内部電極のうち、前記積層体の端面に近い前記内部電極の前記内部電極非形成部位の占める比率が、前記積層体の端面から遠くに位置する前記内部電極の前記内部電極非形成部位の占める比率よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の積層型圧電素子。
【請求項１１】
前記複数の内部電極のうち、前記積層体の最も端面側に位置する前記内部電極が、前記内部電極非形成部位を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１２】
前記内部電極非形成部位を有する前記内部電極においてさらに、前記内部電極非形成部位より前記境界から離れた位置に、当該内部電極非形成部位より面積の小さい第２の内部電極非形成部位を有する請求項１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】
前記積層体の端面に近い前記内部電極に形成された前記第２の内部電極非形成部位ほど、面積が大きいことを特徴とする請求項１２に記載の積層型圧電素子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の積層型圧電素子と噴射孔とを備え、前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を吐出させることを特徴とする噴射装置。
【請求項１５】
高圧燃料を備えるコモンレールと、このコモンレールに蓄えられた燃料を噴射する請求項１４に記載の噴射装置と、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）、センサ素子及び回路素子に用いられる積層型圧電素子に関するものである。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及び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、感圧センサ及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、圧電トランス及び圧電ブレーカーが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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できることが求められている。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化で使用できることが要求されている。【０００３】
高電圧又は高圧力の条件で長時間連続駆動させる場合には、内部電極及び圧電体に応力がかかる。特に、圧電体における、積層方向に隣り合う２つの内部電極に挟まれた対向部分と、この対向部分以外の非対向部分との境界付近には大きな応力がかかる。そのため、上記の境界付近にかかる応力を分散させることが求められている。そこで、特許文献１に開示されているように、非対向部分に応力緩和層が設けられた構造の素子が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２６７６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の応力緩和層を設けた場合、応力緩和層に発生したクラックが、圧電体を貫通して隣接する内部電極又は外部電極にまで伸展することがある。そのため、積層方向に隣り合う内部電極間で電気的な短絡が生じて、変位量が低下する可能性がある。【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、長時間の駆動による変位量の低下を改善した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】
【０００６】
本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電体と複数の内部電極とを有してなりその圧電体と内部電極とが交互に積層された積層体と、前記積層体の第１の側面に形成された第１の外部電極と、前記積層体の第２の側面に形成された第２の外部電極とを備え、
前記複数の内部電極が交互に前記第１および第２の外部電極のいずれか一方に接続されるように、前記第１および第２の側面においてそれぞれ前記複数の内部電極は前記第１の外部電極または前記第２の外部電極に接続された前記内部電極と前記第１の側面または前記第２の側面から離れて形成されることにより絶縁分離された前記内部電極とが交互に配置されて、
前記積層体が、隣り合う前記内部電極が積層方向に対向する対向部分と、前記内部電極の１つ置きに対向してなり前記第１および前記第２の側面に沿って設けられた非対向部分とに区分された積層型圧電素子であって、
前記複数の内部電極のうち少なくとも一つは、当該内部電極の中に設けられた複数の内部電極非形成部位を前記対向部分と前記非対向部分との境界に沿って有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の積層型圧電素子によれば、前記複数の内部電極のうち少なくとも一つは、それぞれ周囲が当該内部電極によって囲まれた複数の内部電極非形成部位を前記対向部分と前記非対向部分との境界に沿って有している。【０００８】
そのため、対向部分のうち、非対向部分との境界近傍での変位が抑制されるので、対向部分と非対向部分との境界付近にかかる応力の集中を抑制することができる。このように、内部電極非形成部位を、内部電極によって囲まれた形状である格子形状等とすることにより応力を分散させているので、特許文献１に記載のように圧電体に応力緩和層を設けた場合と比較して、圧電体にクラックが生じる可能性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの積層型圧電素子おける一部の分解斜視図である。
【図２Ａ】図１Ａ，１Ｂに示す積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する内部電極の断面を示す断面図である。
【図２Ｂ】図１Ａ，１Ｂに示す積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する図２Ａとは異なる内部電極の断面を示す断面図である。
【図２Ｃ】図１Ａ，１Ｂに示す積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有していない内部電極の断面を示す断面図である。
【図３Ａ】第１の実施形態の変形例に係る積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する内部電極の断面を示す断面図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態の変形例に係る積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する図３Ａとは異なる内部電極の断面を示す断面図である。
【図３Ｃ】第１の実施形態の変形例に係る積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有していない内部電極の断面を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明に係る第２の実施形態の積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する内部電極の断面を示す断面図である。
【図４Ｂ】第２の実施形態の積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する図４Ａとは異なる内部電極の断面を示す断面図である。
【図４Ｃ】第２の実施形態の積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有していない内部電極の断面を示す断面図である。
【図５Ａ】第２の実施形態の変形例に係る積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する内部電極の断面を示す断面図である。
【図５Ｂ】第２の実施形態の変形例に係る積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する図５Ａとは異なる内部電極の断面を示す断面図である。
【図５Ｃ】第２の実施形態の変形例に係る積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有していない内部電極の断面を示す断面図である。
【図６Ａ】本発明に係る第３の実施形態の積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する内部電極の断面を示す断面図である。
【図６Ｂ】第３の実施形態の積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する図６Ａとは異なる内部電極の断面を示す断面図である。
【図６Ｃ】第３の実施形態の積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有していない内部電極の断面を示す断面図である。
【図７】本発明に係る第４の実施形態の積層型圧電素子を示す斜視図である。
【図８Ａ】本発明に係る第５の実施形態の積層型圧電素子を示す斜視図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＡ−Ａ断面図である。
【図８Ｃ】図８ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図９】本発明に係る第６の実施形態の積層型圧電素子を示す斜視図である。
【図１０Ａ】図９に示す積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する内部電極の断面を示す断面図である。
【図１０Ｂ】図９に示す積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する図１０Ａとは異なる内部電極の断面を示す断面図である。
【図１０Ｃ】図９に示す積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有していない内部電極の断面を示す断面図である。
【図１１Ａ】本発明に係る第７の実施形態の積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する内部電極の断面を示す断面図である。
【図１１Ｂ】第７の実施形態の積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、内部電極非形成部位を有する図１１Ａとは異なる内部電極の断面を示す断面図である。
【図１１Ｃ】第７の実施形態の積層型圧電素子の積層方向に直交する断面図であり、第１の部位及び第２の部位を有していない内部電極の断面を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態にかかる噴射装置を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態にかかる燃料噴射システムを示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００１０】
１・・・積層型圧電素子
３・・・圧電体
５、９・・・内部電極
７・・・積層体
７ａ・・・対向部分
７ｂ・・・非対向部分
７ｃ・・・内部電極非形成部位
７ｄ・・・対向部分と非対向部分との境界
９ａ、９ｃ・・・内部電極非形成部位を有する第１の部位
９ｂ、９ｄ・・・第２の部位
１１・・・外部電極
１１ａ・・・陽極側の外部電極
１１ｂ・・・陰極側の外部電極
２１・・・噴射装置
２３・・・噴射孔
２５・・・収納容器
２７・・・ニードルバルブ
２９・・・流体通路
３１・・・シリンダ
３３・・・ピストン
３５・・・皿バネ
４１・・・燃料噴射システム
４３・・・コモンレール
４５・・・圧力ポンプ
４７・・・噴射制御ユニット
４９・・・燃料タンク
７０・・・絶縁分離部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の積層型圧電素子について図面を用いて詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１Ａは、本発明の第１の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示す実施形態にかかる積層型圧電素子の一部の分解斜視図である。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ図１に示す実施形態における積層方向に直交する方向の、積層方向に隣り合う内部電極をそれぞれ含む断面図である。【００１２】
図１Ａ〜図２Ｃに示すように、本実施形態の積層型圧電素子１（以下、単に素子１ともいう）は、複数の圧電体３と複数の内部電極５とを有し、その圧電体３と内部電極５とが交互に積層されてなる積層体７を備えている。【００１３】
また、積層型圧電素子１は２つの外部電極１１を備え、例えば、一方（陰極側）の外部電極１１が積層体７の一側面である第１側面に形成され、他方（陽極側）の外部電極１１が第１側面に対向する第２側面に形成される（図１Ａ）。積層体７において、負極となる内部電極５，９は、第１側面に達するように形成されて第１側面において外部電極１１に接続され、第２側面からは離れて形成されて陽極側の外部電極１１とは電気的に分離される。これに対して、正極となる内部電極５，９は、第２側面に達するように形成されて第２側面において外部電極１１に接続され、第１側面からは離れて形成されて陰極側の外部電極１１とは電気的に分離される。そして、積層体７において、負極となる内部電極５，９と正極となる内部電極５，９とは交互に配置されて、各圧電体３が負極と正極の内部電極５，９に挟まれた構造が実現される。尚、本明細書において、内部電極５，９が端部（第１側面又は第２側面）から離れて形成されることにより形成された圧電体３上の電極が形成されていない部分を絶縁分離部７０と呼ぶ。【００１４】
以上のように構成された積層型圧電素子１において、圧電体３がそれぞれ正負の内部電極５，９に挟まれてその挟まれた部分に電圧が印加される活性領域が第１側面及び第２側面から絶縁分離部７０の幅だけ離れて形成され、絶縁分離部７０を間に挟んで同極の内部電極が対向して圧電体３に電圧が印加されない不活性領域が第１側面及び第２側面に沿って形成される。このようにして、積層体７は、積層方向に隣り合う正負一対の内部電極５が積層方向に対向する活性領域とそれ以外の不活性領域とに区分される。尚、本明細書では、対向する正負の内部電極５，９の間に圧電体３が挟まれてなる活性領域を対向部分７ａと呼び、正負の内部電極５，９が対向していない不活性領域を非対向部分７ｂと呼ぶ。【００１５】
ここで、特に、本発明では、複数の内部電極５のうち少なくとも一つの内部電極９は、それぞれ周囲がその内部電極９によって囲まれた複数の開口部（内部電極非形成部位７ｃという。）を対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄに沿って有していることを特徴とする。
以下の説明では、内部電極９において、複数の内部電極非形成部位７ｃ（以下、非形成部位７ｃともいう）を有して対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄを跨ぐように位置する部分を第１の部位９ａと称し、それ以外の第２の部位９ｂと称して説明する。
ここで、第１の部位９ａは、複数の非形成部位７ｃを有する領域であって、第２の部位９ｂとの境界については、下記のように定義される。
外部電極１１に電圧が印加されると、内部電極９に伝達される電界は、内部電極非形成部位７ｃにより、一度、電界の強度分布は乱されるが、内部電極非形成部位７ｃ通過後に電界強度がひとつの線状にそろう現象が発生する。第１の部位９ａと第２の部位９ｂとの境界は、この電界強度がひとつにそろう線の位置と定義される。具体的には、内部電極非形成部位７ｃを対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界に沿って設けることで、概ね、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄから、絶縁分離部７０の距離だけ外部電極１１から離れた位置になる。【００１６】
そして、積層方向に直交する断面であって、この内部電極５を含む断面において、第１の部位９ａにおける内部電極５の占める比率が、第２の部位９ｂにおける内部電極５の占める比率よりも小さいことが好ましい。この場合、積層型圧電素子１は駆動時に素子１自体が連続的に寸法変化を起すが、全ての圧電体３が内部電極５を介して密着して駆動することにより、素子１は一体として大きく駆動変形する。そのため、素子１の端部には相対的に大きな応力がかかる。しかしながら、第１の部位９ａの非形成部位７ｃが上記の形態であることにより、素子１の端面に近い端部における変位量を小さくすることができる。その結果、素子１の端部にかかる応力を低減することができ、素子１の耐久性を向上させることができる。【００１７】
このように、本実施形態では、複数の内部電極５，９のうち少なくとも一つの内部電極９は、それぞれ周囲が内部電極９によって囲まれた複数の内部電極非形成部位７ｃを対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄに沿って有しているので、対向部分７ａのうち、非対向部分７ｂとの境界７ｄ近傍での駆動力を小さくできる。すなわち、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄに沿って、対向部分７ａの中または対向部分７ａと非対向部分７ｂとに跨って対向部分７ａの中央部に比較して駆動力の小さい部分ができ、非対向部分７ｂに向かって段階的に駆動力を小さくできる。これにより、この境界７ｄにおける応力の集中を抑制でき、高い耐久性が実現できる。【００１８】
また、図２に示すように、内部電極９のうち対向部分７ａに位置して素子１の駆動に寄与する部分と、外部電極１１と接続する部分との間に第１の部位９ａが位置している。上述したように、第１の部位９ａにおける内部電極５の占める比率は、第２の部位９ｂにおける内部電極５の占める比率よりも小さくなっていることが好ましい。したがって、この複数の内部電極非形成部位７ｃが形成された部分では、電流が流れる際の電流路が狭くなるので、過電流が流れた際の電流密度が他の部分に比較して高くなり、破損が生じやすくなる。すなわち、外部電極１１から内部電極９のうち素子１の駆動に寄与する部分へと通電する箇所に、第１の部位９ａが位置していると、素子１に非常に強い電圧が印加された場合、第１の部位９ａの一部が破断する。これにより、内部電極９のうち素子１の駆動に寄与する部分に過度の電圧が印加されることが抑制される。結果として、圧電体３が過度に変位して、クラックが生じてしまうことを抑制できる。
本発明では、過度の電圧が印加された場合の圧電体３の保護を考慮して、例えば、一定以上の電圧が印加された場合には隣接する内部電極非形成部位７ｃ間の電極部分が破損するように、内部電極非形成部位７ｃ間の間隔を設定することもできる。【００１９】
また、内部電極９のうち非形成部位７ｃの間に位置する部分が破断して、内部電極９のうち素子１の駆動に寄与する部分に電圧が印加されなくなった場合であっても、この破断した内部電極９が同極の外部電極に接続された内部電極５に挟まれる形態となる。そのため、この内部電極９と積層方向に隣接する２つの圧電体３の変位量が抑制される。結果として、これらの圧電体３にクラックを生じさせるような応力が発生することを抑制できる。【００２０】
特に、図２に示すように、第１の部位９ａが、上記素子１の駆動に寄与する部分と、外部電極１１と接続する部分との間に位置して、この第１の部位９ａにのみ非形成部位７ｃが配置されることにより、第１の部位９ａに応力がかかりやすいこととなる。そのため、内部電極９の第１の部位９ａが破断しやすい部位と予め分かっているので、長期間にわたる素子１の駆動状態が予測しやすい。結果として、素子１の変位量に対する信頼性を向上させることができる。【００２１】
また、本発明では、図１Ｂ及び図２Ａ〜図２Ｂに示すように、複数の内部電極非形成部位７ｃが対向部分９ｂと非対向部分９ａとの境界７ｄと平行な方向に整列されていることが好ましく、さらにその整列された複数の内部電極非形成部位７ｃが等間隔で配置されていることがより好ましい。尚、本明細書において、複数の内部電極非形成部位７ｃが一方向に等間隔で配置されていることを、第１の部位９ａが内部電極非形成部位７ｃを格子目とする格子形状であるという。
このように、第１の部位９ａが、内部電極非形成部位７ｃを格子目とする格子形状であると、境界７ｄ付近にかかる応力のばらつきを小さくできる。そのため、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄ近傍の耐久性を高めることができる。なお、図１及び図２に示すように、本実施形態において格子形状は、格子目が一列に並んでいてもよいし、複数の列で並んでいてもよい。【００２２】
＜第１の実施形態の変形例＞
図３Ａ〜図３Ｃはそれぞれ第１の実施形態の変形例に係る積層型圧電素子１の積層方向に直交する断面図であり、内部電極５，９を含む断面を図示している。なお、図３Ｂに示す内部電極９を基準としたとき、図３Ａは、図３Ｂに示す内部電極９と積層体７の一方の端面側に隣り合う内部電極９を示している。また、図３Ｃは、図３Ｂに示す内部電極９と積層体７の他方の端面側に隣り合う内部電極５を示している。
ここで、本明細書において、積層体７の端面とは内部電極５，９と圧電体３との積層方向に直交する外面をいい、図１Ａにおける上面と下面をいう。【００２３】
本変形例の積層型圧電素子１は、内部電極非形成部位７ｃが円形である点で、内部電極非形成部位７ｃが矩形である第１の実施形態の素子１とは異なっている他は、第１の実施形態の素子１と同様に構成される。
このように、本発明でいう格子形状とは、図３に示すように、格子目が円形の形態も含まれ、図２に示すような格子目が四角形の形態に限られるものではない。また、積層体７の対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界付近にかかる応力を緩和させることができればよいことから、内部電極９の第１の部位９ａにおける格子目が、略四角形であって角部が曲線の形状であることも有効である。【００２４】
また、本発明では、第１の実施形態及びその変形例で示しているように、内部電極非形成部位７ｃが、内部電極９を平面視したときに対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄ上に位置することが好ましい。すなわち、内部電極非形成部位７ｃが対向部分７ａと非対向部分７ｂとに跨って形成されていることが好ましい。この場合、対向部分７ａのうち、最も応力の集中しやすい、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄでの駆動力を小さくすることができるので、素子１の耐久性をより高めることができる。【００２５】
また、第１の実施形態及びその変形例では、複数の内部電極９が、第１の部位９ａを有している形態を示したが、本発明では、少なくとも１つの内部分極９が第１の部位９ａを有していればよい。しかしながら、第１の実施形態及びその変形例で示すように、２つのまたはそれ以上の複数の内部電極９が、第１の部位９ａを有していることが好ましい。複数の内部電極９が第１の部位９ａを有していることにより、より広範囲に応力を分散させることができるからである。これにより、素子１の耐久性をより高めることができる。【００２６】
さらに、陽極側の外部電極１１ａと接続された内部電極５，９及び陰極側の外部電極１１ｂと接続された内部電極５，９のそれぞれ少なくとも１つの内部電極９が第１の部位９ａを有していることがより好ましい。これにより、応力分布の偏りを小さくすることができるので、素子１の駆動する方向を安定させることができる。【００２７】
また、積層方向に隣り合う一対の内部電極５，９が、それぞれ第１の部位９ａを有していることがより好ましい。これらの内部電極５，９に挟まれる圧電体３の変位量をより小さくすることができるので、この圧電体３における応力を吸収する効果をより高めることができるからである。【００２８】
さらに、全ての内部電極５，９が第１の部位９ａを有していることが好ましい。これにより、更に広範囲に応力を分散させることができ、また、応力分布の偏りを更に小さくすることができる。【００２９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。図４Ａ〜図４Ｃは、それぞれ本発明の第２の実施形態にかかる積層型圧電素子１における積層方向に直交する断面図であり、内部電極５を含む断面を図示している。なお、図４Ｂに示す内部電極９を基準としたとき、図４Ａは、図４Ｂに示す内部電極９と積層体７の一方の端面側に隣り合う内部電極９を示している。また、図４Ｃは、図４Ｂに示す内部電極９と積層体７の他方の端面側に隣り合う内部電極５を示している。【００３０】
本第２の実施形態の積層型圧電素子は、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、内部電極９の第１の部位９ａにおける非形成部位７ｃが、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄと平行に複数の列で配列されている点が第１の実施形態とは異なっている。第１の部位９ａにおける非形成部位７ｃをこのように配列することによって、より広範囲の圧電体３に応力を分散させることができるので、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄ近傍における応力分布の偏りを更に小さくすることができる。【００３１】
特に、第１の部位９ａにおける非形成部位７ｃが、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄと平行に複数の列で配列している場合に、この複数の列の１つが対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄ上に位置することが好ましい。【００３２】
また、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、内部電極５が、外部電極１１と接続する面以外で露出していない場合、すなわち、積層体７において外部電極１１が接続される側面以外の３側面に沿った内部電極５の外周がそれぞれ当該３側面より内側に位置している場合、この第２の実施形態のように非形成部位７ｃが複数の列で配列されていることが特に有効となる。これは、内部電極５が上記の構造である場合、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄが積層体７の側面に露出しないため、この境界７ｄ部分に応力が集中しやすいからである。内部電極９のうち対向部分７ａに位置して素子１の駆動に寄与する部分と、外部電極１１と接続する部分との間に第１の部分９ａが位置することにより、非形成部位７ｃで応力を緩和することができる。これにより、内部電極５の周縁部分に応力が集中することを抑制できる。【００３３】
図５Ａ〜図５Ａは、それぞれ図４に示す第２の実施形態の変形例に係る積層型圧電素子１の積層方向に直交する断面図であり、内部電極５，９を含む断面を図示している。なお、図５Ｂに示す内部電極９を基準としたとき、図５Ａは、図５Ｂに示す内部電極９と積層体７の一方の端面側に隣り合う内部電極９を示している。また、図５Ｃは、図５Ｂに示す内部電極９と積層体７の他方の端面側に隣り合う内部電極５を示している。【００３４】
さらには、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄ上に位置する列を構成する非形成部位７ｃが、他の非形成部位７ｃよりも大きいことがより一層好ましい。対向部分７ａのうち、最も応力の集中しやすい非対向部分７ｂとの境界７ｄでの駆動力を小さくすることができるので、素子１の耐久性をより高めることができるからである。【００３５】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明をする。図６Ａ〜図６Ｂは、それぞれ本発明の第３の実施形態にかかる積層型圧電素子１における積層方向に直交する断面図であり、内部電極５を含む断面を図示している。なお、図６Ｂに示す内部電極９を基準としたとき、図６Ａは、図６Ｂに示す内部電極９と積層方向の一方の端部側に隣り合う内部電極９を示している。また、図６Ｃは、図６Ｂに示す内部電極９と積層方向の他方の端部側に隣り合う内部電極５を示している。【００３６】
図６に示すように、陽極側及び陰極側の外部電極１１ａ，１１ｂが積層体７の対向する側面にそれぞれ位置し、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄが、互いに離隔する複数の箇所（図６では対向する２箇所）に存在する場合に、複数の内部電極５における少なくとも１つの内部電極９が、それぞれの境界７ｄ上に第１の部位９ａを有することが好ましい。すなわち、内部電極非形成部位７ｃを対向部分７ａと一方の非対向部分７ｂとの境界７ｄに沿って有する内部電極９が、さらに対向部分７ａと他方の非対向部分７ｂとの境界７ｄに沿って複数の内部電極非形成部位７ｃを有することが好ましい。これにより、積層方向に直交する平面上での応力分布の偏りを小さくすることができるからである。【００３７】
さらに、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄが、互いに離隔する複数の箇所に存在する場合に、複数の内部電極５のうち、積層方向に隣り合う一対の内部電極９において、各内部電極９のそれぞれの境界７ｄ上に第１の部位９ａが位置することが好ましい。これにより、隣り合う一対の内部電極９において、第１の部位９ａが対向して位置することになるので、素子１の駆動軸のぶれが小さくなり、耐久性が高められるからである。【００３８】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明をする。図７は、本発明の第４の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。【００３９】
この第４の実施形態では、図７に示すように、内部電極５のうちの第１の部位９ａを有する複数の内部電極９が積層方向に一定の規則にしたがって周期的に配置されており、本発明に係るより好ましい形態である。これにより、素子１全体に加わる応力を積層方向に分散させることができるので、高い耐久性を有する素子１を提供することができる。【００４０】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明をする。図８Ａは、本発明の第５の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。図８Ｂは、図８Ａに示す第５の実施形態におけるＡ−Ａ断面であって内部電極９を含む断面図である。図８Ｃは、図８Ａに示す第５の実施形態におけるＢ−Ｂ断面であって内部電極９を含む断面図である。【００４１】
図８に示すように、積層方向に隣り合う一対の内部電極９がそれぞれ第１の部位９ａを有し、積層体７の端面に近い内部電極９の第１の部位９ａにおける内部電極９の占める比率が、積層体７の端面から遠くにある内部電極９の第１の部位９ａにおける内部電極９の占める比率よりも小さいことが好ましい。すなわち、内部電極非形成部位７ｃを有する一対の内部電極９のうち、積層体７の端面に近い内部電極９の内部電極非形成部位７ｃの占める比率が、積層体７の端面から遠くに位置する内部電極９の内部電極非形成部位７ｃの占める比率よりも大きいことが好ましい。【００４２】
コンデンサ等の通常の積層型電子部品と異なり、積層型圧電素子１は駆動時に素子１自体が連続的に寸法変化を起こす。そして、全ての圧電体３が内部電極５を介して密着して駆動することにより、素子１は一体として大きく駆動変形する。そのため、素子１の端部には相対的に大きな応力がかかる。【００４３】
しかしながら、第１の部位９ａの非形成部位７ｃが上記の形態であることにより、素子１の端面に近い端部における変位量を小さくすることができるので、素子１の当該端部にかかる応力を低減することができる。結果として、素子１の耐久性を向上させることができる。【００４４】
さらに、非形成部位７ｃが積層体７の端面側に向かって徐々に大きくなっていることがより好ましく、さらにその大きくなる度合いが規則的であることがよりいっそう好ましい。
既に示したように、積層型圧電素子１は一体として大きく駆動変形するため、素子１の端面に近いほど加わる応力が徐々に増加する。しかしながら、非形成部位７ｃが端面側に向かって徐々に、又は一定の規則にしたがって徐々に大きくなることにより、素子１の端面に近いほど対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄに生じる応力を緩和する効果を徐々に増加させることができるので、素子１の積層方向における応力分布の偏りをより小さくすることができるからである。【００４５】
また、複数の内部電極５のうち、積層方向の最も端面側に位置する内部電極９が、第１の部位９ａを有していることが好ましい。素子１の端面に近い端部には比較的大きな応力がかかりやすいが、積層方向の最も端面側に位置する内部電極９が、第１の部位９ａを有していることにより、効率よく応力を緩和させることができるからである。結果として、素子１の耐久性をさらに高めることができる。【００４６】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について説明をする。図９は、本発明の第６の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。図１０Ａ〜図１０Ｃは、それぞれ図９に示す実施形態における積層方向に直交する断面図であり、内部電極５を含む断面を示している。なお、図１０Ｂに示す内部電極９を基準としたとき、図１０Ａは、図１０Ｂに示す内部電極９と積層体７の一方の端面側に隣り合う内部電極９を示している。また、図１０Ｃは、図１０Ｂに示す内部電極９と積層体７の他方の端面側に隣り合う内部電極５を示している。【００４７】
図９、１０に示すように、第６の実施形態の積層型圧電素子１は、複数の圧電体３と複数の内部電極５とを備え、圧電体３と内部電極５とが交互に積層された積層体７を備えている。積層体７は、第１の実施形態等と同様に積層方向に隣り合う正負一対の内部電極５が積層方向に対向する対向部分７ａとそれ以外の非対向部分７ｂとに区分される。複数の内部電極５のうち少なくとも一つの内部電極９は、格子形状であって、第１の部位９ｃと、第１の部位９ｃよりも格子目の細かい第２の部位９ｄとを有する。すなわち、内部電極非形成部位７ｃを有する内部電極９においてさらに、内部電極非形成部位７ｃより境界７ｄから離れた位置に、内部電極非形成部位７ｃより面積の小さい第２の内部電極非形成部位７ｅを有する。そして、第１の部位９ｃは、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄ上に位置する。また、積層体７の側面には外部電極１１ａ，１１ｂが位置している。そして、複数の内部電極５は、陽極側及び陰極側の外部電極１１ａ，１１ｂの一方にそれぞれ接続される。【００４８】
このように、第６の実施形態の積層型圧電素子１では、第１の部位９ｃの格子目が第２の部位９ｄよりも格子目が大きいため、第１の部位９ｃに電圧を印加することにより圧電体３に加わる駆動力は、第２の部位９ｄに電圧を印加することにより圧電体３に加わる駆動力よりも小さい。そして、第１の部位９ｃが対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄ上に位置することにより、対向部分７ａのうち、非対向部分７ｂとの境界７ｄ近傍での駆動力が相対的に小さくなるので、この境界７ｄ付近にかかる応力が集中することを抑制できる。結果、高い耐久性を備えた積層型圧電素子１を提供することができる。【００４９】
第１の実施形態から第５の実施形態に示すように、第２の部位９ｂが非形成部位７ｃ，７ｅを有していなくても、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界上又は境界に沿って複数の内部電極非形成部位７ｃが配置された第１の部位９ａを有していることにより、対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界７ｄ付近にかかる応力を小さくすることができる。一方で、第６の実施形態のように、第１の部位９ｃおよび第２の部位９ｄがを有している場合には、第１の部位９ｃおよび第２の部位９ｄを有する内部電極９と隣接する圧電体３全体の変位量を小さくすることができる。その結果、この圧電体３全体で応力を緩和させることができるので、素子１の端面側の端部にかかる応力を小さくすることができる。【００５０】
＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態について説明をする。図１１Ａ〜図１１Ｃは、それぞれ本発明の第７の実施形態にかかる積層型圧電素子における積層方向に直交する方向の断面図であり、積層方向に隣り合う内部電極５をそれぞれ含む断面を示している。ここで図１１Ｃに示す断面よりも図１１Ａに示す断面の方が素子の端面に近い端部側に位置している。【００５１】
図１１に示すように、第７の実施形態の積層型圧電素子１は、内部電極９の第２の部位９ｄにおける格子目が端面側に向かって段階的に粗くなる点が第６の実施形態とは異なっており、この点でより好ましい形態となっている。すなわち、積層体７の端面に近い内部電極９に形成された第２の内部電極非形成部位７ｅほど、面積が大きい。既に示したように、積層型圧電素子１は一体として大きく駆動変形するため、素子１の端部に近いほど大きな応力が加わる。しかしながら、非形成部位７ｃが端部側に向かって段階的に粗くなることにより、素子１の端部に近いほど対向部分７ａと非対向部分７ｂとの境界に生じる応力を分散させる効果が大きくなる。これにより、素子１の積層方向における応力分布の偏りをより小さくすることができる。【００５２】
次に、本実施形態にかかる積層型圧電素子１の製法について説明する。【００５３】
まず、圧電体３となるセラミックグリーンシートを作製する。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作製する。そして、このスラリーを周知の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、セラミックグリーンシートが作製される。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等からなるペロブスカイト型酸化物などを用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）などを用いることができる。【００５４】
次に、内部電極５となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム等の金属粉末にバインダー及び可塑剤等を添加混合することで、導電性ペーストを作製することができる。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配設する。さらに、この導電性ペーストがスクリーン印刷されたセラミックグリーンシートを複数積層する。そして、後述するように、焼成することで圧電体３及び内部電極５を備えた積層体７を形成することができる。【００５５】
また、格子形状の第１の部位を有する内部電極９は、例えば、スクリーンのパターン形状を変更することによって、形成することができる。格子目の粗さに関しても、このスクリーンのパターン形状を変更することによって変えることができる。【００５６】
なお、積層体７は、上記製法によって作製されるものに限定されることはなく、複数の圧電体３と複数の内部電極５とを交互に積層してなる積層体７を作製できれば、どのような製法によって形成されても良い。【００５７】
その後、積層型圧電素子１の外表面に端部が露出する内部電極５，９圧電体３と導通が得られるように外部電極１１を形成する。この外部電極１１は、ガラス粉末に、バインダーを加えて銀ガラス導電性ペーストを作製し、これを印刷し乾燥接着あるいは、焼き付けることによって得ることができる。【００５８】
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１１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、積層体７の側面にシリコーン樹脂（不図示）がコーティングされる。そして、外部電極１１に通電部としてリード線を導電性接着剤（不図示）等で接続する。【００５９】
リード線を介して一対の外部電極１１に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体７を分極することによって、実施形態の積層型圧電素子１が完成する。リード線を外部の電圧供給部（不図示）に接続し、リード線及び外部電極１１を介して圧電体３に電圧を印加することにより、各圧電体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。【００６０】
次に、本発明の一実施形態にかかる流体の噴射装置について説明する。図１２は、本発明の一実施形態にかかる噴射装置を示す概略断面図である。【００６１】
図１２に示すように、本実施形態の噴射装置２１は、一端に噴射孔２３を有する収納容器２５の内部に上記の実施形態に代表される積層型圧電素子１が収納されている。【００６２】
収納容器２５内には、噴射孔２３を開閉することができるニードルバルブ２７が配設されている。噴射孔２３には流体通路２９がニードルバルブ２７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２９は外部の流体供給源に連結され、流体通路２９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２７が噴射孔２３を開放すると、流体通路２９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、噴出されるように構成されている。【００６３】
また、ニードルバルブ２７の上端部は内径が大きくなっており、収納容器２５に形成されたシリンダ３１と摺動可能なピストン３３が配置されている。そして、収納容器２５内には、上記した積層型圧電素子１が収納されている。【００６４】
このような噴射装置２１では、圧電アクチュエータが電圧を印加されて伸長すると、ピストン３３が押圧され、ニードルバルブ２７が噴射孔２３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圧電アクチュエータが収縮し、皿バネ３５がピストン３３を押し返し、噴射孔２３が流体通路２９と連通して流体の噴射が行われるようになっている。【００６５】
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２９を開放し、電圧の印加を停止することによって流体通路２９を閉鎖するように構成しても良い。【００６６】
また、本発明の噴射装置２１は、噴射孔２３を有する容器と、上記の積層型圧電素子１とを備え、容器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２３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の内部に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、インクなどの他、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。噴射装置２１を用いる事によって、流体の流量および噴出タイミングを制御することができる。【００６７】
本発明の積層型圧電素子１を採用した噴射装置２１を内燃機関に用いれば、従来の噴射装置２１に比べてエンジン等の内燃機関の燃料室に燃料をより長い期間精度よく噴射させることができる。【００６８】
次に、本発明の一実施形態にかかる流体噴射システムについて説明する。図１３は、本発明の一実施形態にかかる燃料噴射システムを示す概略ブロック図である。【００６９】
図１３に示すように、本実施形態の流体噴射システム４１は、高圧流体を蓄えるコモンレール４３と、このコモンレール４３に蓄えられた流体を噴射する複数の上記の噴射装置２１と、コモンレール４３に高圧の流体を供給する圧力ポンプ４５と、噴射装置２１に駆動信号を与える噴射制御ユニット４７と、を備えている。【００７０】
噴射制御ユニット４７は、外部情報または外部からの信号に基づいて流体噴射の量や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を用いた場合、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やタイミングを制御することができる。圧力ポンプ４５は、流体タンク４９から流体燃料を高圧でコモンレール４３に送り込む役割を果たす。例えばエンジンの燃料噴射システムの場合には１０００〜２０００気圧（約１０１ＭＰａ〜約２０３ＭＰａ）程度、好ましくは、１５００〜１７００気圧（約１５２ＭＰａ〜約１７２ＭＰａ）程度にしてコモンレール４３に流体を送り込む。【００７１】
コモンレール４３では、圧力ポンプ４５から送られてきた燃料を蓄え、適宜噴射装置２１に送り込む。噴射装置２１は、上述したように噴射孔２３から一定の流体を噴射装置２１から外部または隣接する容器に噴射する。例えば、エンジンの場合には燃料を燃焼室内に霧状に噴射する。【００７２】
なお、本発明は、上記の実施形態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うことは何ら差し支えない。また、本発明は、積層型圧電素子、噴射装置及び燃料噴射システムに関するものであるが、上記の実施形態に限定されるものでなく、圧電特性を利用した素子であれば、実施可能である。
【実施例】
【００７３】
積層型圧電素子を以下のようにして作製した。【００７４】
まず、平均粒径が０．４μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）粉末を主成分とする原料粉末、バインダー及び可塑剤を混合したスラリーを作製し、ドクターブレード法で厚み１５０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。【００７５】
次に、Ａｇ９５質量％−Ｐｄ５質量％の金属組成である銀−パラジウム合金粉末を含有する原料粉末にバインダーを加えた導電性ペーストを作製した。【００７６】
そして、上記セラミックグリーンシートの片面に、上記の導電性ペーストをスクリーン印刷法により３０μｍの厚みになるように印刷した。そして、導電性ペーストが印刷された各グリーンシートを積層して積層体を作製した。なお、積層数としては、内部電極の数が３００となるように積層し、積層体の積層方向の両端部には、導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシートのみをそれぞれ２０枚積層した。【００７７】
試料番号１においては、各内部電極が格子形状の第１の部位を備えておらず、各内部電極の断面積が全て同じとなるように導電性ペーストを印刷した。試料番号２〜６においては、積層方向の１、２、２９９、３００番目に位置する内部電極が、表１に示すように格子形状の第１の部位を有するように、導電性ペーストを印刷した。【００７８】
試料番号２では、図２に示すように、格子目が四角形である格子形状の第１の部位が、対向部分と非対向部分との境界上に位置している。また、試料番号３では、図３に示すように、格子目が円形である格子形状の第１の部位が、対向部分と非対向部分との境界上に位置している。また、試料番号４では、図５に示すように、格子目が、対向部分と非対向部分との境界に対して平行に複数の列で配列された形状の第１の部位が、対向部分と非対向部分との境界上に位置している。【００７９】
試料番号５では、図６に示すように、対向部分と非対向部分との境界が、互いに離隔する複数の箇所に存在し、内部電極のそれぞれの境界上に第１の部位が位置している。試料番号６では、図１０に示すように、内部電極が、格子形状であって、第１の部位と、第１の部位よりも格子目の細かい第２の部位とを有している。そして、第１の部位が、対向部分と非対向部分との境界上に位置している。【００８０】
次に、それぞれの試料番号の生積層体に所定の温度で脱バインダー処理を施した後、８００〜１２００℃で焼成して積層体を得た。【００８１】
そして、各々の試料番号の積層体を、所望の寸法に加工した上で外部電極をそれぞれ形成した。まず、銀を主成分とする金属粉末にバインダー、可塑剤、ガラス粉末等を添加混合して外部電極用の導電性ペーストを作製した。この導電性ペーストを、上記積層体の側面の外部電極を形成する箇所にスクリーン印刷等によって印刷した。さらに、６００〜８００℃で焼成して外部電極を形成した。【００８２】
このようにして作製した試料を用いて駆動評価を行った。駆動評価としては、高速応答性評価と耐久性評価を行なった。まず、外部電極１１にリード線を接続し、正極及び負極の外部電極にリード線を介して３ｋＶ／ｍｍの直流電界を１５分間印加して分極処理を行い、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１７０Ｖの直流電圧を印加して初期状態の変位量を測定した。【００８３】
高速応答性評価としては、各々の圧電アクチュエータに室温で０Ｖ〜＋１７０Ｖの交流電圧を１５０Ｈｚから徐々に周波数を増加させて印加した。耐久性評価としては、各々の圧電アクチュエータに室温で０Ｖ〜＋１７０Ｖの交流電圧を１５０Ｈｚの周波数で印加して、１×１０９回まで連続駆動した試験を行なった。
【００８４】
【表１】
2009096381.tif 000003
【００８５】
表１に示すように、応答性評価を行った結果として、試料番号１の圧電アクチュエータでは、周波数が１ｋＨｚを超えた時にうなり音を発していた。これは、試料番号１の積層型圧電素子は、各内部電極が第１の部位を有しておらず、各内部電極の断面積が一定であるため、素子の端部付近に位置する圧電体の変形が大きいからである。素子の端部付近に位置する圧電体の変形が大きいことにより高速応答性が阻害されて、結果、印加した交流電圧の周波数に追従できなかったためと考えられる。【００８６】
なお、駆動周波数を確認するために、横河電機株式会社製オシロスコープ「ＤＬ１６４０Ｌ」を用いて試料番号１のパルス波形を確認したところ、駆動周波数の整数倍の周波数に相当する箇所に高調波ノイズが確認された。【００８７】
また、表１に示すように、耐久性評価の結果として、試料番号１では、評価試験後の変位量は５μｍと、評価試験前と比較して９０％近く低下していた。また、試料番号１の圧電アクチュエータでは、素子の一部に剥がれが見られた。【００８８】
一方、試料番号２〜６の圧電アクチュエータでは、剥がれは確認されなかった。また、評価試験後の変位量の低下が、２μｍ以下であり、評価試験前と比較して変位量の低下は５％以下に抑えられていた。特に、試料番号５及び６の圧電アクチュエータでは、変位量の低下が確認されず、非常に高い耐久性を有していることが分かった。【００８９】
さらに、耐久性評価の後、積層型圧電素子を切断して、積層方向の端部に最も近い１層目の内部電極を、顕微鏡を用いて観察した。試料番号２〜６のいずれにおいても、上記の切断面における内部電極の非形成部位７ｃ間に位置する部分の一部が破断していた。このように、内部電極の一部が破断することによって、応力が吸収され、圧電体にクラックが発生することが抑制されるとともに、内部電極の圧電体からの剥離が抑制されていることが確認された。【００９０】
なお、試料番号５及び６においては、初期状態の変位量が相対的に小さかった。これは、内部電極において、変位量を小さくして耐久性を向上させる格子形状の部分が多かったことが理由として挙げられる。
【図１Ａ】
2009096381.tif 000004
【図１Ｂ】
2009096381.tif 000005
【図２Ａ】
2009096381.tif 000006
【図２Ｂ】
2009096381.tif 000007
【図２Ｃ】
2009096381.tif 000008
【図３Ａ】
2009096381.tif 000009
【図３Ｂ】
2009096381.tif 000010
【図３Ｃ】
2009096381.tif 000011
【図４Ａ】
2009096381.tif 000012
【図４Ｂ】
2009096381.tif 000013
【図４Ｃ】
2009096381.tif 000014
【図５Ａ】
2009096381.tif 000015
【図５Ｂ】
2009096381.tif 000016
【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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