(57)【要約】【課題】  圧電体層の変位量を増大させることができる積層型圧電素子及び燃料噴射装置を提供する。【解決手段】  積層型圧電素子１は、圧電体層３と内部電極層４（電極層４Ａ，４Ｂ）とを交互に積層してなる積層体２を備えている。電極層４Ａ，４Ｂは、その一部領域が圧電体層３を挟んで対向するように交互に積層されている。積層体２の表面には、各電極層４Ａ及び各電極層４Ｂとそれぞれ電気的に接続された外部電極５Ａ及び外部電極５Ｂが設けられている。電極層４Ａ，４Ｂ同士が重なり合う領域Ｓは、電極層４Ａ，４Ｂ間に電圧を印加した時に圧電体層３に変位を生じさせる圧電活性領域を形成している。各内部電極層４には、積層方向に貫通する複数の孔部が設けられている。これらの孔部は、内部電極層４における少なくとも圧電活性領域Ｓに対応する領域に多孔状に形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層型圧電素子であって、
前記内部電極層は複数有し、前記複数の内部電極層は、第１電極層と、前記圧電体層を挟んで前記第１電極層と対向する領域を有する第２電極層とを含み、
前記第１電極層と前記第２電極層とが重なり合う領域は、前記第１電極層と前記第２電極層との間に電圧を印加した時に前記圧電体層に変位を生じさせる圧電活性領域を形成しており、
前記複数の内部電極層の少なくとも１つには、積層方向に貫通する孔部が設けられ、
前記孔部は、前記内部電極層における少なくとも前記圧電活性領域に対応する領域に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】
前記孔部は、前記内部電極層における少なくとも前記圧電活性領域に対応する領域に多孔状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記内部電極層は、銅を主成分とする材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
燃料を噴射させるための噴射口を有するボディと、
前記ボディ内に配置され、前記噴射口を開閉させるバルブと、
前記バルブを駆動する積層型圧電素子とを備え、
前記積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、
前記内部電極層は複数有し、前記複数の内部電極層は、第１電極層と、前記圧電体層を挟んで前記第１電極層と対向する領域を有する第２電極層とを含み、
前記第１電極層と前記第２電極層とが重なり合う領域は、前記第１電極層と前記第２電極層との間に電圧を印加した時に前記圧電体層に変位を生じさせる圧電活性領域を形成しており、
前記複数の内部電極層の少なくとも１つには、積層方向に貫通する孔部が設けられ、
前記孔部は、前記内部電極層における少なくとも前記圧電活性領域に対応する領域に形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の印加により変位を生じる積層型圧電素子、及びこの積層型圧電素子を備えた燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の積層型圧電素子としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この文献に記載の積層型圧電素子は、圧電セラミック材料からなる薄板と導電材料からなる内部電極とを交互に積層して積層体を形成し、この積層体の側面に、内部電極と接続される外部電極を設けてなるものである。このような積層型圧電素子では、外部電極に電圧を印加すると、正負の内部電極間に電界が発生し、薄板が機械的に伸縮して変位を生じる。
【特許文献１】特開平７−１０６６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術のように、圧電セラミック材料からなる圧電体層を薄層化した積層型圧電素子では、圧電体層の変位量が十分に得られないという問題があった。特に近年では、積層型圧電素子の小型化・薄型化が進んでいるため、そのような問題が顕著になっている。
【０００４】
本発明の目的は、圧電体層の変位量を増大させることができる積層型圧電素子及び燃料噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、電圧の印加に必要な内部電極層が圧電体層の変形（変位）に対して阻害する要因の一つになることを見出した。即ち、導電性金属材料からなる内部電極層は、見かけ上は圧電体層に張り付いた金属板のようになっている。しかも、その内部電極層自体は、直接的には電圧の印加によって変形するものではない。このため、上記従来技術のように内部電極層が真っ平らな場合には、内部電極層に電圧を印加したときに、内部電極層が圧電体層の変形に対して大きな負荷となり、その結果として圧電体層の変位量が抑えられることが分かった。本発明は、そのような知見に基づいて為されたものである。
【０００６】
即ち、本発明は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層型圧電素子であって、内部電極層は複数有し、複数の内部電極層は、第１電極層と、圧電体層を挟んで第１電極層と対向する領域を有する第２電極層とを含み、第１電極層と第２電極層とが重なり合う領域は、第１電極層と第２電極層との間に電圧を印加した時に圧電体層に変位を生じさせる圧電活性領域を形成しており、複数の内部電極層の少なくとも１つには、積層方向に貫通する孔部が設けられ、孔部は、内部電極層における少なくとも圧電活性領域に対応する領域に形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
このような積層型圧電素子においては、内部電極層の第１電極層と第２電極層とが重なり合う圧電活性領域が圧電体層の変形（変位）に関与する領域である。そこで、内部電極層における少なくとも圧電活性領域に対応する領域に孔部を形成することにより、圧電活性領域において内部電極層の表面と圧電体層との接触面積が小さくなる。このため、第１電極層と第２電極層との間に電圧を印加したときに、内部電極層より圧電体層にかかる負荷が低減されるため、圧電体層が変形しやすくなる。これにより、圧電体層の変位量を増大させることができる。
【０００８】
また、圧電体層及び内部電極層は全く異なる材料で形成されるため、例えば圧電体層の変位を伝達したいものに積層型圧電素子を固定させた場合には、圧電体層と内部電極層との密着強度が問題になることがある。このとき、内部電極層における少なくとも圧電活性領域に対応する領域に孔部を形成することにより、内部電極層の上側の圧電体層と内部電極層の下側の圧電体層とが孔部を介して繋がるようになる。従って、圧電体層と内部電極層との層間剥離が生じにくくなり、両者の密着強度が高くなる。これにより、積層型圧電素子の耐久性が向上する。
【０００９】
好ましくは、孔部は、内部電極層における少なくとも圧電活性領域に対応する領域に多孔状に形成されている。これにより、圧電活性領域において内部電極層の表面と圧電体層との接触面積を更に小さくできるので、圧電体層をより変形し易くして、変位量を一層増大させることが可能となる。また、複数の孔部を内部電極層における圧電活性領域に対応する領域に全体的に形成することで、圧電体層が圧電活性領域の全体にわたって変形し易くなるため、圧電体層の変位量の面内均一性を向上させることができる。さらに、内部電極層の上側の圧電体層と内部電極層の下側の圧電体層とが複数の孔部を介して繋がるため、圧電体層と内部電極層とがより十分に密着するようになる。
【００１０】
また、好ましくは、内部電極層は、銅を主成分とする材料で形成されている。銅は展性及び延性に富んだ金属であるため、内部電極層の材料として銅を主成分とするものを使用することにより、圧電体層の変形に効果的に寄与することが可能となる。また、銅は比較的低廉であるため、積層型圧電素子の製作にかかるコストを削減することができる。
【００１１】
また、本発明の燃料噴射装置は、燃料を噴射させるための噴射口を有するボディと、ボディ内に配置され、噴射口を開閉させるバルブと、バルブを駆動する積層型圧電素子とを備え、積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、内部電極層は複数有し、複数の内部電極層は、第１電極層と、圧電体層を挟んで第１電極層と対向する領域を有する第２電極層とを含み、第１電極層と第２電極層とが重なり合う領域は、第１電極層と第２電極層との間に電圧を印加した時に圧電体層に変位を生じさせる圧電活性領域を形成しており、複数の内部電極層の少なくとも１つには、積層方向に貫通する孔部が設けられ、孔部は、内部電極層における少なくとも圧電活性領域に対応する領域に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このように上記の積層型圧電素子を設けることにより、上述したように圧電体層が変形しやすくなるため、圧電体層の変位量を増大させることができる。これにより、燃料の噴射量を広い範囲で制御することが可能となる。また、上述したように圧電体層と内部電極層との密着強度が高くなるので、積層型圧電素子の耐久性が向上する。これにより、燃料噴射装置の耐久性向上につながる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内部電極層による圧電体層の変位の阻害が抑えられるので、積層型圧電素子を小型化・薄型化した場合や、１つの積層型圧電素子内に複数の小さな圧電活性領域がマトリクス状に存在している場合でも、圧電体層の変位量を増大させることができる。また、圧電体層と内部電極層との密着性が良くなるため、積層型圧電素子の寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係わる積層型圧電素子及び燃料噴射装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係わる積層型圧電素子の一実施形態を示す断面図である。同図において、本実施形態の積層型圧電素子１は、直方体状の積層体２を備えている。積層体２は、圧電体層３と内部電極層４とを交互に積層してなるものである。圧電体層３は１８層形成され、内部電極層４は１７層形成されている。なお、圧電体層３及び内部電極層４の層数については、特に限定はされない。圧電体層３は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とした圧電セラミック材料で形成されている。
【００１６】
１７層の内部電極層４は、９層の電極層４Ａと８層の電極層４Ｂとで構成されている。電極層４Ａ，４Ｂは、その一部領域が圧電体層３を挟んで対向するように交互に積層されている。電極層４Ａ，４Ｂのいずれか一方はプラス電極層を構成し、電極層４Ａ，４Ｂの他方はマイナス電極層を構成している。電極層４Ａ，４Ｂは、例えばＡｇ：Ｐｄ＝７：３の比率で構成された金属材料からなっている。
【００１７】
積層体２の一側面には、各電極層４Ａと電気的に接続された外部電極５Ａが設けられている。この外部電極５Ａは、積層体２の上面及び下面まで延在している。積層体２の他側面には、各電極層４Ｂと電気的に接続された外部電極５Ｂが設けられている。この外部電極５Ｂは、積層体２の上面まで延在している。各外部電極５Ａ，５Ｂには、電圧印加用のリード線（図示せず）が接続されている。外部電極５Ａ，５Ｂは、例えばＡｕ等で形成されている。
【００１８】
このような積層型圧電素子１において、電極層４Ａ，４Ｂ同士が重なり合う領域Ｓは、外部電極５Ａ，５Ｂ間つまり電極層４Ａ，４Ｂ間に電圧を印加した時に圧電体層３に変位を生じさせる圧電活性領域を形成している。積層型圧電素子体１の寸法は、例えば縦５．５ｍｍ×横０．７５ｍｍ×厚み０．５５ｍｍである。そして、圧電活性領域Ｓの長さは、例えば３ｍｍであり、圧電活性領域Ｓの幅は、例えば積層型圧電素子体１の横寸法と同じ（０．７５ｍｍ）である。また、圧電活性領域Ｓにおける圧電体層３の１層当たりの厚みは、最上層及び最下層を除いては２５μｍ程度であり、最上層及び最下層では５０μｍ程度である。電極層４Ａ，４Ｂの厚みは、２μｍ程度である。
【００１９】
各内部電極層４（電極層４Ａ，４Ｂ）には、図２に示すように、内部電極層４の積層方向に貫通する複数の孔部６が設けられている。これらの孔部６は、内部電極層４における圧電活性領域Ｓに対応する領域のみに多孔状に形成しても良いし、或いは内部電極層４の全体にわたって多孔状に形成しても良い。孔部６は、内部電極層４に多孔状に形成するのであれば、円形状、矩形状、メッシュ状、ストライプ状など何でも構わない。また、各孔部６の形状や寸法等は、図２に示す通りランダムであっても良いし、均等であっても良い。
【００２０】
このように内部電極層４に複数の孔部６を設けることにより、内部電極層４の表面における圧電活性領域Ｓに対応する領域において、圧電体層３を覆う（圧電体層３と接触する）面積が小さくなる。このため、内部電極層４が圧電体層３を抑え込む力が弱まるので、内部電極層４（電極層４Ａ，４Ｂ）間に電圧を印加したときに、内部電極層４が圧電体層３に追従して容易に変形（伸縮）するようになる。これにより、内部電極層４より圧電体層３に加わる重量負荷が低減されるため、内部電極層４による圧電体層３の変位量の阻害が防止される。
【００２１】
このとき、複数の孔部６は、内部電極層４における圧電活性領域Ｓに対応する領域に全体的に形成されているので、圧電活性領域Ｓの全体において、内部電極層４より圧電体層３に加わる重量負荷が低減される。これにより、圧電体層３の変位量の面内バラツキが低減される。
【００２２】
また、内部電極層４の上側の圧電体層３と内部電極層４の下側の圧電体層３とが複数の孔部６を介して繋がるようになる。つまり、各孔部６は、圧電体層３同士を繋ぐためのアンカー効果を発揮させるものとなっている。これにより、圧電体層３と内部電極層４との層間剥離が生じにくくなり、両者の密着性が向上する。
【００２３】
ここで、圧電活性領域Ｓにおいて内部電極層４の表面が圧電体層３を覆っている割合（以下、内部電極被覆率という）は、６０〜９０％であるのが好ましく、６５〜８５％であるのがより好ましい。内部電極被覆率とは、具体的には、内部電極層４の表面における圧電活性領域Ｓに対応する領域について、孔部６が全く無いと仮定した時の面積Ｓ０と、当該面積Ｓ０から孔部６の総面積を減じて得られた面積Ｓとの比率（Ｓ／Ｓ０）を表したものである。上記のような内部電極被覆率とすることにより、内部電極層４の被覆による圧電体層３の変位の阻害を十分に抑えることができると共に、圧電体層３の変位に必要な内部電極層４の有効面積が小さくなり過ぎて、逆に圧電体層３の変位を損なってしまうことを確実に防止できる。
【００２４】
また、孔部６の寸法としては、最大開口長Ｌ（図２参照）の平均値が１０μｍ以下であるのが好ましく、１〜７μｍ以下であるのが特に好ましい。これにより、例えば積層型圧電素子１に細い桁加工（例えば、巾５０〜１００μｍ）を施す場合に、桁加工後に内部電極層４の連続性が損なわれて導通不良を起こしてしまうことを回避できる。
【００２５】
次に、上述した積層型圧電素子１を製作する手順について説明する。まず、圧電体層３を形成するグリーンシートを成形する。
【００２６】
具体的には、圧電体層３を構成するセラミック材料として、例えば下記組成のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とした圧電セラミック粉体を用意する。なお、圧電セラミック粉体は、下記組成となるように酸化物・炭酸塩等の出発原料を秤量後混合し、その後９００℃程度で２時間程度の仮焼成を行い、仮焼成後に粉剤して微粉化したものを用いる。これに有機バインダ・有機溶剤等を混合したペーストを作製し、ＰＥＴフィルムをキャリアフィルムとしてシート成形する。
（Pb0.96 Sr0.04）[Zr0.53 Ti0.47]O3＋主成分1mol当たり0.5重量％のNb２O５
【００２７】
続いて、そのようにして形成されたグリーンシート上に、内部電極層４を形成する内部電極パターンを印刷する。具体的には、例えばＡｇ：Ｐｄ＝７：３の比率で構成された金属材料と有機バインダ・有機溶剤等とを混合したペーストを作製し、スクリーン印刷法によりグリーンシート上に内部電極パターンを形成する。このとき、後述する焼成後に積層型圧電素子が複数切り出せるように、内部電極パターンを設計する。また、焼成によって複数の孔部６を有する内部電極層４が形成されるように、内部電極パターンを設計する。
【００２８】
ここで、内部電極層４に形成される孔部６の数、形状、寸法等は、以下の手法によって制御可能である。即ち、一つの手法としては、使用する内部電極パターン印刷用のスクリーン印刷版に、所望の数、形状、寸法等をもった孔部を予め入れておく。他の手法としては、内部電極ペーストを形成する金属粉体の粒子径を変えたり、内部電極ペースト中に含まれる金属含有量を変えたり、あるいは内部電極ペーストに予め混合するセラミック材料粉（上記組成と同じもの）の粒子径や量を変えても良い。内部電極パターンを形成する金属材料の収縮率は、圧電体層を形成するセラミックの収縮率よりも大きい。このため、焼成時に、内部電極パターンの収縮挙動により内部電極パターンに複数の孔部が形成されることがある。これを利用して、上記のように内部電極ペーストを形成する材料の量などを調整することにより、焼成時に内部電極パターンの収縮挙動が変化するため、焼成後における内部電極層４の各孔部６の状態を変えることが可能となる。
【００２９】
続いて、内部電極パターンが印刷された後のグリーンシートを所定の枚数だけ積層する。そして、その積層されたグリーンシート体の上面及び下面に、内部電極パターンが印刷されていないグリーンシートを重ねる。このような内部電極パターンの無いグリーンシートを載せるのは、後述する焼成後に素子を研磨して所定の厚みに合わせるためである。
【００３０】
続いて、積層後のグリーンシート体に対し、６０℃程度の熱を加えながら１００ＭＰａ程度の圧力でプレス加工を行い、グリーンシート体の各層を圧着させる。これにより、圧電体層３と内部電極層４とが交互に積層された積層体２が完成する。
【００３１】
そして、その積層体２をセッターに載せ、積層体２の脱脂（脱バインダ）を４００℃程度の大気雰囲気中にて１０時間程度行う。その後、積層体２が載置されたセッターを密閉炉内に入れ、積層体２の焼成を１１００℃程度の大気中にて２時間程度行い、焼結体を得る。
【００３２】
続いて、焼成後の積層体２に研磨加工を施し、積層体２を所定の厚みにする。そして、積層体２の縦横寸法が所定長となるように積層体２を切断する。その後、積層体２をマスクに詰めてスパッタリングを行い、積層体２の表面にＡｕ製の外部電極５Ａ，５Ｂを形成する。
【００３３】
その後、温度１００℃程度の環境下で、内部電極層４に７５Ｖｄｃの電圧を３分間程度印加することにより、圧電体層３の分極処理を行う。以上により、図１に示すような積層型圧電素子１が得られる。
【００３４】
次に、上記のような積層型圧電素子１に関して実際に行った各種評価について説明する。
【００３５】
まず、レーザードップラー振動計を用いて、積層型圧電素子１の圧電歪定数ｄ３１方向の変位評価を行った（図３参照）。具体的には、積層型圧電素子１における圧電活性領域Ｓの反対側の側面を固定台１１に固定した状態で、２５ＶＰ−Ｐの２ｋＨｚのサイン波を外部電極５Ａ，５Ｂ間に印加する。そして、固定台１１と反対側から積層型圧電素子１にレーザーを照射し、その時の積層型圧電素子１の振動速度をレーザードップラー振動計（図示せず）で計測し、その振動速度を積分して変位に換算した。
【００３６】
内部電極被覆率を様々変えたサンプルについて、変位量を各１０個ずつ測定して求め、グラフ化したものを図４に示す。なお、グラフにおける変位量の値は、各１０個の変位量の平均値である。
【００３７】
図４の結果から明らかなように、サンプルの変位量は、内部電極被覆率が６０〜９０％の場合に良好であり、特に内部電極被覆率が６５〜８５％の場合に最も高い値が得られている。なお、図４のグラフでは示されていないが、内部電極被覆率が９０％を越えた場合（例えば９５％）でも、内部電極被覆率が１００％（内部電極層４に全く孔部６が無い状態）の場合に比べて大きな変位量が得られた。
【００３８】
また、精密荷重測定装置を用いて、積層型圧電素子１における圧電体層３と内部電極層４との層間強度の評価を行った（図５参照）。具体的には、まず内部電極被覆率がそれぞれ８０％、９５％である２つのサンプル１２を、上述した積層型圧電素子１の製作手順とほぼ同様の手順により作製した。各サンプル１２の寸法は、２ｍｍ×２ｍｍ×０．４ｍｍである。また、各サンプル１２は、内部電極層１３が１層であると共に外部電極が設けられていない構造となっている。このようなサンプル１２の上下面を１対の金属板（ＳＵＳ製の治具）１５で挟むように接着剤で貼り付け、その状態で金属板１５を引っ張り、内部電極層１３と圧電体層１４との層間が剥離する荷重を精密荷重測定装置（図示せず）で測定した。
【００３９】
各サンプルについて、１０個測定し、その平均値を求めたところ、内部電極被覆率が８０％のサンプルでは、層間が剥離する荷重が３０ＭＰａであったのに対し、内部電極被覆率が９５％のサンプルでは、１７ＭＰａであった。つまり、内部電極被覆率が８０％の場合には、内部電極被覆率が９５％の場合に比べて倍近い層間強度が得られた。
【００４０】
以上のように本実施形態の積層型圧電素子１によれば、内部電極層４に複数の孔部６を形成したので、内部電極層４による圧電体層３への負荷重量が低減され、圧電体層３が変形しやすくなる。これにより、圧電体層３を薄層化した場合でも、圧電体層３の変位量を増大させることができる。また、圧電体層３と内部電極層４との密着強度が高くなるため、積層型圧電素子１の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
なお、上記の積層型圧電素子１では、Ａｇ及びＰｄを含む金属で内部電極層４を形成したが、内部電極層４を構成する金属材料としては、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか１種または複数種類を含有したものであれば良く、或いは卑金属のＣｕ（銅）を主成分とするものであっても良い。特にＣｕは比較的手に入りやすく且つ低廉であるため、Ｃｕを主成分とする金属材料で内部電極層４を形成すれば、積層型圧電素子１の低コスト化を図りつつ、圧電体層３の変位量を増大させることが可能となる。
【００４２】
このようなＣｕ製の内部電極層４を有する積層型圧電素子１を製作する場合は、グリーンシートを成形する際、圧電体層３を形成するセラミック材料として、例えば下記組成のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とした圧電セラミック粉体を使用する。グリーンシートの成形工程の手順は、上述した積層型圧電素子１の製作手順と同様である。
（Pb0.955 Sr0.04）[（Zn1/3 Nb2/3）0.1 Zr0.47 Ti0.43]O3
＋主成分1mol当たり0.1重量％のSb２O３
＋主成分1mol当たり0.1重量％のNiO
＋主成分1mol当たり0.002重量％のMnO
【００４３】
このようなセラミック材料からなるグリーンシート上に内部電極パターンを印刷するときは、内部電極パターンの金属材料としてＣｕ粉末を用いる。内部電極パターンの印刷工程の手順は、上述した積層型圧電素子１の製作手順と同様である。
【００４４】
また、内部電極パターンが印刷されたグリーンシートを複数枚積層し、更にプレス加工を行って積層体を完成させた後、積層体の脱脂を行う工程では、積層体をセッターに載せ、窒素ガスと水素ガスを用いて、酸素分圧を４×１０−１５ａｔｍ程度に調整し、本雰囲気中で６００℃程度にて２５時間程度の処理を行う。その後の焼成工程では、積層体が載置されたセッターを密閉炉内に入れ、窒素ガスと水素ガスを用いて、酸素分圧を２×１０−８ａｔｍ程度に調整し、９５０℃程度にて３時間程度の焼成を行う。
【００４５】
このような積層体の脱脂及び焼成工程において、窒素ガスと水素ガスを用いて酸素分圧を調整するのは、内部電極層４を形成する材料の主成分であるＣｕが酸化しないようにする為である。なお、他の工程については、上述した積層型圧電素子１の製作手順と同様である。
【００４６】
図６は、上記の積層型圧電素子１を備えた燃料噴射装置を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の燃料噴射装置２０は、自動車エンジン等の内燃機関に用いられるものである。
【００４７】
燃料噴射装置２０はボディ２１を有し、このボディ２１の先端部には、燃料を噴射させるための噴射口２２が設けられている。ボディ２１の内部には、噴射口２２と連通する燃料通路２３と、噴射口２２を開閉させるニードルバルブ２４とが配設されている。燃料通路２３は、外部の燃料供給源（図示せず）と接続されている。ニードルバルブ２４は、ボディ２１に形成された空間２５内を摺動自在なピストン２６を有している。また、空間２５内には、ピストン２６に固着された上記の積層型圧電素子１が配設されている。
【００４８】
このような燃料噴射装置２０において、ニードルバルブ２４により噴射口２２が開いている状態では、燃料通路２３に供給されている燃料が噴射口２２から内燃機関の燃焼室（図示せず）内に噴出される。積層型圧電素子１に電圧が印加されることで、積層型圧電素子１が伸張すると、ニードルバルブ２４のピストン２６がバネ２７に抗して押圧され、ニードルバルブ２４が噴射口２２を閉じ、燃料の噴出が停止する。
【００４９】
ここで、積層型圧電素子１は、上述したように大きな変位量を有している。従って、積層型圧電素子１の伸張量を調整することにより、燃料の噴射量を多くすることもできるし、少なくすることもできる。つまり、燃料の噴射量を広い範囲で制御することが可能となる。
【００５０】
また、積層型圧電素子１は、上述したように圧電体層３と内部電極層４との密着強度が高くなっている。このため、積層型圧電素子１の伸縮によってニードルバルブ２４が動いたときに、積層型圧電素子１がニードルバルブ２４の引っ張り応力に負けて、圧電体層３と内部電極層４とが剥がれてしまうことは無い。従って、燃料噴射装置２０の耐久性が向上する。
【００５１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の積層型圧電素子１では、内部電極層４に孔部６を多孔状に形成したが、内部電極層４に形成される孔部６の数は１つであっても良い。また、全ての内部電極層４に孔部６を形成したが、少なくとも１つの内部電極層４に孔部６を形成しても良い。
【００５２】
また、上記実施形態の積層型圧電素子１では、複数の電極層４Ａ同士を外部電極５Ａで接続し、複数の電極層４Ｂ同士を外部電極５Ｂで接続する構成としたが、そのような外部電極５Ａ，５Ｂの代わりに、圧電体層３の内部に、電極層４Ａ同士を接続するためのスルーホールと電極層４Ｂ同士を接続するためのスルーホールとを設けてもよい。
【００５３】
さらに、上記実施形態は、積層型圧電素子１を燃料噴射装置２０に備えたものであるが、本発明の積層型圧電素子は、燃料噴射装置以外の装置、例えばマイクロポンプ等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係わる積層型圧電素子の一実施形態を示す垂直方向断面図である。
【図２】図１に示す積層体の水平方向断面図である。
【図３】積層型圧電素子の変位を評価するための測定系を示す図である。
【図４】図３に示す測定系により積層型圧電素子の変位を評価した結果を示すグラフである。
【図５】積層型圧電素子の層間強度を評価するための測定系を示す図である。
【図６】図１に示す積層型圧電素子を備えた燃料噴射装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…積層型圧電素子、３…圧電体層、４…内部電極層、４Ａ…電極層（第１電極層）、４Ｂ…電極層（第２電極層）、６…孔部、２０…燃料噴射装置、２１…ボディ、２２…噴射口、２３…ニードルバルブ、Ｓ…圧電活性領域。
【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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