(57)【要約】  高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極が積層体表面から剥離することなく、耐久性に優れた積層型圧電素子及びその製法並びに噴射装置を提供する。その積層型圧電素子は、複数の圧電体層１及び複数の金属層２を有し、圧電体層１と金属層２が交互に積層された積層体１０と、積層体１０の側面の一部を覆う外部電極（被覆部材）４と、を備え、複数の金属層２のうちの少なくとも一つの金属層２ａは、この金属層２ａに対して積層方向に隣り合う両側の金属層２ｂよりも空隙が多い多孔質金属層２ａであり、この多孔質金属層２ａに対して積層方向に隣接する２つの圧電体層１，１間に外部電極４の一部が入り込んでいる。
2007049697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電体層及び複数の金属層を有し、前記圧電体層と前記金属層が交互に積層された積層体と、前記積層体の側面の少なくとも一部を覆う被覆部材と、を備えた積層型圧電素子において、
前記複数の金属層のうちの少なくとも一つの金属層は、この金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層よりも空隙が多い多孔質金属層であり、この多孔質金属層に対して積層方向に隣接する２つの圧電体層間に前記被覆部材の一部が入り込んでいることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記被覆部材が、前記積層体の側面を覆う外装樹脂である請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記被覆部材が、前記複数の金属層を交互に接続した一対の外部電極である請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記被覆部材が、前記積層体の側面を覆う外装樹脂、及び前記複数の金属層を交互に接続した一対の外部電極である請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記外部電極は導電性材料とガラス材料とを含み、前記２つの圧電体層間に入り込んでいる外部電極の一部は、この一部以外の外部電極よりも前記ガラス材料の含有量が多い請求項３又は４に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、これらの複数の層のうち前記積層体の側面に隣接する層は、他の層よりも前記ガラス材料の含有量が多い請求項３〜５のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
前記外部電極の周縁部には、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、かつ、前記積層体の側面と離隔している離隔部が形成されている請求項３〜６のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
前記離隔部と前記積層体の側面との間には空隙が存在する請求項７に記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
前記離隔部と前記積層体の側面との間の少なくとも一部に絶縁性樹脂が介在している請求項７又は８に記載の積層型圧電素子。
【請求項１０】
前記絶縁性樹脂は、前記離隔部と前記積層体の側面との間の周縁側に介在している請求項９に記載の積層型圧電素子。
【請求項１１】
前記絶縁性樹脂は、前記離隔部と前記積層体の側面との間に充填されている請求項９に記載の積層型圧電素子。
【請求項１２】
前記絶縁性樹脂がシリコーン樹脂である請求項９〜１１のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１３】
前記外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、外側の層の熱膨張係数が内側の層よりも大きい請求項７〜１２のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１４】
前記複数の層のうち前記積層体の側面に隣接する層は、他の層よりも周縁側に突出している請求項１３に記載の積層型圧電素子。
【請求項１５】
前記離隔部が前記積層体の側面に隣接する層のみからなる請求項１３又は１４に記載の積層型圧電素子。
【請求項１６】
前記離隔部を前記積層体の側面に投影したときの長さが１０μｍ以上である請求項７〜１５のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１７】
前記外部電極が前記積層体の側面に接触している部分と前記離隔部との境界と、前記離隔部の先端とを結ぶ直線が前記積層体の側面となす角度は、１度以上４５度以下である請求項７〜１６のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１８】
前記離隔部の先端と前記積層体の側面との距離が１μｍ以上５０μｍ以下である請求項７〜１７のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１９】
前記多孔質金属層は、この多孔質金属層に対して積層方向に隣接する２つの圧電体層間に点在した複数の部分金属層により構成され、これらの部分金属層は、互いに離隔して配置されている請求項１〜１８のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項２０】
前記多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層は同極である請求項１９に記載の積層型圧電素子。
【請求項２１】
前記被覆部材の一部は、隣り合う前記部分金属層間に入り込んでいる請求項１９又は２０に記載の積層型圧電素子。
【請求項２２】
前記部分金属層間に入り込んでいる前記被覆部材の一部が、前記部分金属層の表面を覆っている請求項２１に記載の積層型圧電素子。
【請求項２３】
前記多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層は、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層よりも空隙が少ない高密度金属層である請求項１〜２２のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項２４】
前記高密度金属層は、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層よりも厚みが大きい請求項２３に記載の積層型圧電素子。
【請求項２５】
前記積層体は複数の前記多孔質金属層を備えている請求項１〜２４のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項２６】
前記多孔質金属層が配置された各圧電体層間には、前記被覆部材の一部がそれぞれ入り込んでいる請求項２５に記載の積層型圧電素子。
【請求項２７】
前記複数の多孔質金属層が前記積層体の積層方向に規則的に配置され、前記多孔質金属層が配置された各圧電体層間には、前記被覆部材の一部がそれぞれ入り込んでいる請求項２５に記載の積層型圧電素子。
【請求項２８】
前記圧電体層間に入り込んでいる前記被覆部材の一部は、その積層方向の厚みｔと、前記圧電体層間に入り込んでいる深さＤとがＤ＞０．１ｔの関係を満たしている請求項１〜２７のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項２９】
噴出孔を有する容器と、請求項１〜２８のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に充填さ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噴射するように構成されたことを特徴とする噴射装置。
【請求項３０】
高圧燃料を蓄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２９に記載の噴射装置と、
前記コモンレールに高圧の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、自動車エンジンの燃料噴射装置等に搭載される積層型圧電素子、及びこれを用いた噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２８は、従来の積層型圧電素子を示す斜視図である。図２９は、この積層型圧電素子における積層体の側面と外部電極との接合部分を示す拡大断面図である。図２８及び図２９に示すように、この積層型圧電素子は、積層体１１０と、互いに対向する一対の側面に形成された外部電極１０４とから構成されている。【０００３】
積層体１１０は、それを構成する圧電体層１０１と金属層１０２とが交互に積層されてなるが、金属層１０２は圧電体層１０１の主面全体には形成されず、いわゆる部分電極構造となっている。すなわち、この積層体１１０では、例えば圧電体層１０１の主面上に内部電極１０２を形成していない非形成部位が設けられている。この非形成部位が一対の外部電極１０４に交互に隣接するように配置されている。これにより、内部電極１０２が、一層おきに積層体１１０の異なる側面に露出し、積層体１１０の相対する側面に形成された一対の外部電極１０４にそれぞれ一層おきに接続されている。積層体１１０の積層方向における両端側には不活性層１０９が積層されている。【０００４】
一般に、外部電極１０４は、銀等の導電材を含む導電性ペーストを積層体１０３の側面に塗布し、焼き付けを行うことによって形成されている（例えば、特開２０００−３３２３１２号公報、特開２０００−３１５５８号公報、特開２００５−１７４９７４号公報）。【０００５】
この積層型圧電素子を圧電アクチュエータとして使用する場合には、半田を用いて外部電極１０４にさらにリード線１０６が固定され、このリード線１０６を通じて一対の外部電極１０４間に所定の電位がかけられて積層型圧電素子が駆動する。特に、近年においては、小型の積層型圧電素子は大きな圧力下において大きな変位量を確保するように要求されているため、より高い電界を印加し、長時間連続駆動させることが行われている。
【特許文献１】特開２０００−３３２３１２号公報
【特許文献２】特開２０００−３１５５８号公報
【特許文献３】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】
【０００６】
しかしながら、従来の積層型圧電アクチュエータでは、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合、積層体の伸縮により、積層体の側面と外部電極との接合部で応力が生じ、外部電極の一部が積層体の側面から剥離し、一部の圧電体に電圧が供給されなくなり、駆動時に変位特性が変化するという問題があった。
本発明は、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極が積層体側面から剥離することがなく、耐久性に優れた積層型圧電素子並びに噴射装置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】
【０００７】
本発明の積層型圧電素子及びこれを用いた噴射装置は、以下の構成からなる。
(1)複数の圧電体層及び複数の金属層を有し、前記圧電体層と前記金属層が交互に積層された積層体と、前記積層体の側面の少なくとも一部を覆う被覆部材と、を備えた積層型圧電素子において、前記複数の金属層のうちの少なくとも一つの金属層は、この金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層よりも空隙が多い多孔質金属層であり、この多孔質金属層に対して積層方向に隣接する２つの圧電体層間に前記被覆部材の一部が入り込んでいることを特徴とする積層型圧電素子。【０００８】
(2)前記被覆部材が、前記積層体の側面を覆う外装樹脂である前記(1)に記載の積層型圧電素子。【０００９】
(3)前記被覆部材が、前記複数の金属層を交互に接続した一対の外部電極である前記(1)に記載の積層型圧電素子。【００１０】
(4)前記被覆部材が、前記積層体の側面を覆う外装樹脂、及び前記複数の金属層を交互に接続した一対の外部電極である前記(1)に記載の積層型圧電素子。【００１１】
(5)前記外部電極は導電性材料とガラス材料とを含み、前記２つの圧電体層間に入り込んでいる外部電極の一部は、この一部以外の外部電極よりも前記ガラス材料の含有量が多い前記(3)又は(4)に記載の積層型圧電素子。【００１２】
(6)前記外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、これらの複数の層のうち前記積層体の側面に隣接する層は、他の層よりも前記ガラス材料の含有量が多い前記(3)〜(5)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００１３】
(7)前記外部電極の周縁部には、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、かつ、前記積層体の側面と離隔している離隔部が形成されている前記(3)〜(6)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００１４】
(8)前記離隔部と前記積層体の側面との間には空隙が存在する前記(7)に記載の積層型圧電素子。【００１５】
(9)前記離隔部と前記積層体の側面との間の少なくとも一部に絶縁性樹脂が介在している前記(7)又は(8)に記載の積層型圧電素子。【００１６】
(10)前記絶縁性樹脂は、前記離隔部と前記積層体の側面との間の周縁側に介在している前記(9)に記載の積層型圧電素子。【００１７】
(11)前記絶縁性樹脂は、前記離隔部と前記積層体の側面との間に充填されている前記(9)に記載の積層型圧電素子。【００１８】
(12)前記絶縁性樹脂がシリコーン樹脂である前記(9)〜(11)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００１９】
(13)前記外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、外側の層の熱膨張係数が内側の層よりも大きい前記(7)〜(12)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００２０】
(14)前記複数の層のうち前記積層体の側面に隣接する層は、他の層よりも周縁側に突出している前記(13)に記載の積層型圧電素子。【００２１】
(15)前記離隔部が前記積層体の側面に隣接する層のみからなる前記(13)又は(14)に記載の積層型圧電素子。【００２２】
(16)前記離隔部を前記積層体の側面に投影したときの長さが１０μｍ以上である前記(7)〜(15)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００２３】
(17)前記外部電極が前記積層体の側面に接触している部分と前記離隔部との境界と、前記離隔部の先端とを結ぶ直線が前記積層体の側面となす角度は、１度以上４５度以下である前記(7)〜(16)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００２４】
(18)前記離隔部の先端と前記積層体の側面との距離が１μｍ以上５０μｍ以下である前記(7)〜(17)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００２５】
(19)前記多孔質金属層は、この多孔質金属層に対して積層方向に隣接する２つの圧電体層間に点在した複数の部分金属層により構成され、これらの部分金属層は、互いに離隔して配置されている前記(1)〜(18)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００２６】
(20)前記多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層は同極である前記(19)に記載の積層型圧電素子。【００２７】
(21)前記被覆部材の一部は、隣り合う前記部分金属層間に入り込んでいる前記(19)又は(20)に記載の積層型圧電素子。【００２８】
(22)前記部分金属層間に入り込んでいる前記被覆部材の一部が、前記部分金属層の表面を覆っている前記(21)に記載の積層型圧電素子。【００２９】
(23)前記多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層は、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層よりも空隙が少ない高密度金属層である前記(1)〜(22)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００３０】
(24)前記高密度金属層は、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層よりも厚みが大きい前記(23)に記載の積層型圧電素子。【００３１】
(25)前記積層体は複数の前記多孔質金属層を備えている前記(1)〜(24)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００３２】
(26)前記多孔質金属層が配置された各圧電体層間には、前記被覆部材の一部がそれぞれ入り込んでいる前記(25)に記載の積層型圧電素子。【００３３】
(27)前記複数の多孔質金属層が前記積層体の積層方向に規則的に配置され、前記多孔質金属層が配置された各圧電体層間には、前記被覆部材の一部がそれぞれ入り込んでいる前記(25)に記載の積層型圧電素子。【００３４】
(28)前記圧電体層間に入り込んでいる前記被覆部材の一部は、その積層方向の厚みｔと、前記圧電体層間に入り込んでいる深さＤとがＤ＞０．１ｔの関係を満たしている前記(1)〜(27)のいずれかに記載の積層型圧電素子。【００３５】
(29)噴出孔を有する容器と、前記(1)〜(28)のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に充填さ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噴射するように構成されたことを特徴とする噴射装置。【００３６】
(30)高圧燃料を蓄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前記(29)に記載の噴射装置と、前記コモンレールに高圧の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、を備えた燃料噴射システム。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の積層型圧電素子によれば、複数の金属層のうちの少なくとも一つの金属層が、この金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層よりも空隙が多い多孔質金属層であるので、素子の製造過程において多孔質金属層の空隙に被覆部材の一部を入り込ませることができる。このように多孔質金属層に対して積層方向に隣接する２つの圧電体層間に被覆部材の一部が入り込んでいることにより、被覆部材と積層体の側面との接合強度を向上させることができる。すなわち、被覆部材の一部が、隣り合う２つの圧電体層間の一部の領域に入り込んでいるので、積層体の側面から積層体中に杭を打ち込んだような構造となっている（アンカー効果）。これにより、被覆部材と積層体とが強固に接合され、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合であっても、被覆部材が積層体の側面から剥離するのを防ぐことができる。また、駆動時に伸縮し変形する積層体と被覆部材との間に生じる応力が、圧力による圧電体の変形と空隙による応力緩和効果とにより緩和されるので、被覆部材と積層体との接合信頼性がより高められる。さらに、空隙が多く存在する多孔質金属層が配置された圧電体層間と同じ圧電体層間に、被覆部材の一部が入り込んでいるので、多孔質金属層の空隙による応力緩和効果が被覆部材の一部に作用しやすい状態にある。その結果、被覆部材の一部に効果的に応力緩和効果が作用して、駆動時の応力が被覆部材の一部にかかりにくくなるので、圧電体層間に入り込んだ被覆部材の一部と圧電体層との接合信頼性がさらに高められている。これにより、耐久性が高く長寿命の積層型圧電素子が得られる。【００３８】
被覆部材が積層体の側面を覆う外装樹脂であるときには、外装樹脂と積層体の側面が強固に接合される。これにより、高温、高湿、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合においても、外装樹脂が積層体の側面から剥離するのを防止できる。その結果、剥離部分から雰囲気中の水蒸気が入り込んで素子表面でシルバーマイグレーションが発生するのを防ぎ、金属層間で導通して積層体の機能が低下するのを防止することができる。【００３９】
被覆部材が複数の金属層を交互に接続した一対の外部電極であるときには、一部の金属層と外部電極との接続が絶たれるのを防止することができるので、素子の変位特性が低下するのを防止することができる。【００４０】
被覆部材が、積層体の側面を覆う外装樹脂、及び複数の金属層を交互に接続した一対の外部電極であるときには、上記したそれぞれの効果が得られるとともに、外部電極が、積層体の側面に強固に接合された外装樹脂に覆われることになるので、外部電極の接合強度がより高められる。【００４１】
外部電極が導電性材料とガラス材料とを含み、２つの圧電体層間に入り込んでいる外部電極の一部が、この一部以外の外部電極よりもガラス材料の含有量が多いときには、次のような効果がある。すなわち、ガラス成分が多い部位においてはそのガラス成分により金属成分が圧電体層中に拡散固溶しやすくなるので、圧電体層間に入り込んでいる外部電極の一部とこれに接触する圧電体層との接合強度が向上する。その結果、当該外部電極の一部におけるアンカー効果が高まるので、外部電極の接合強度をより向上させることができる。【００４２】
外部電極が積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、これらの複数の層のうち積層体の側面に隣接する層が、他の層よりもガラス材料の含有量が多いときには、ガラス成分が隣り合う圧電体層間に入り込みやすくなるので、外部電極と積層体の側面との接合強度をさらに高めることができる。また、外部電極を構成する複数の層のうち、外側の層に含まれるガラス成分が、積層体の側面側に位置する層よりも少なくなることで、外部電極に半田付けにより接合されるリード線の接合強度を高めることができる。なぜなら、一般に半田はガラス成分に対して濡れ性が低いからである。【００４３】
外部電極の周縁部に、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、かつ、積層体の側面と離隔している離隔部が形成されているときには、この離隔部が外部電極と積層体の接合境界部分に発生する応力を吸収することができるので、外部電極と接合された積層体に亀裂が生じるのを抑制することができる。【００４４】
離隔部と積層体の側面との間に空隙が存在するときには、離隔部が自由に変形することが可能となるので、外部電極と圧電体の接合境界部に発生する応力を著しく低減することができる。【００４５】
離隔部と積層体の側面との間の少なくとも一部に絶縁性樹脂が介在しているときには、外部電極の周縁部と内部電極との間において縁面放電が生じるのを防止できるので、絶縁性の低下を防止して高い信頼性を確保することができる。また、絶縁性樹脂が、離隔部と積層体の側面との間の周縁側に介在しているか、又は絶縁性樹脂が、離隔部と積層体の側面との間に充填されているときには、外部電極の周縁部と内部電極との間において縁面放電が生じるのをより確実に防止することができる。さらに、絶縁性樹脂がシリコーン樹脂であるときには、縁面放電を防止しつつ、圧電体の変位を妨げることがないので、圧電体の変位を拘束することなく高い信頼性を得ることができる。【００４６】
外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、外側の層の熱膨張係数が内側の層よりも大きいとき、または複数の層のうち積層体の側面に隣接する層が他の層よりも周縁側に突出しているときには、積層体の側面と接触していない離隔部を容易にかつ効果的に形成することができ、外部電極と圧電体の接合境界部に発生する応力を効果的に吸収することができる。また、離隔部が積層体の側面に隣接する層のみからなるときには、外部電極と圧電体の接合境界部に発生する応力をより効果的に低減させることができる。【００４７】
離隔部を積層体の側面に投影したときの長さが１０μｍ以上であるとき、外部電極が積層体の側面に接触している部分と離隔部との境界と、離隔部の先端とを結ぶ直線が積層体の側面となす角度が１度以上４５度以下であるとき、又は離隔部の先端と積層体の側面との距離が１μｍ以上５０μｍ以下であるときには、外部電極と圧電体の接合境界部に発生する応力を最も効果的に低減させることができる。【００４８】
多孔質金属層が、この多孔質金属層に対して積層方向に隣接する２つの圧電体層間に点在した複数の部分金属層により構成され、これらの部分金属層が、互いに離隔して配置されているときには、点在した部分金属層間に被覆部材の一部を容易に入り込ませてアンカー効果を高めることができるので、被覆部材と積層体の側面との接合強度をさらに向上させることができる。【００４９】
多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層が同極であるときには、圧電素子が駆動する際に、多孔質金属層に隣接する２つの圧電体層は変位しない。これにより、多孔質金属層に応力が集中するのを防止して、耐久性に優れた積層型圧電素子を提供することができる。なお、この形態における当該多孔質金属層は、互いに離隔した状態にある点在した複数の部分金属層で構成されているので、内部電極としては機能していない。【００５０】
被覆部材の一部が、隣り合う部分金属層間に入り込んでいるときには、より高いアンカー効果が得られるので、被覆部材と積層体の側面との接合強度を著しく向上させることができる。また、部分金属層間に入り込んでいる被覆部材の一部が、部分金属層の表面を覆っているときには、部分金属層の表面と被覆部材の一部との接触面積が増加するので、外部電極の接合強度をさらに高めることができる。【００５１】
多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層が、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層よりも空隙が少ない高密度金属層であるときには、この高密度金属層の端部と被覆部材との間の接触面積が大きくなるので、これらの接合強度がより向上する。【００５２】
特に、被覆部材が外部電極であるときには、高密度金属層の端部と被覆部材との間で導電性材料の拡散が生じやすくなるので、この拡散による接合（拡散接合）によって外部電極の接合強度をさらに高めることができる。すなわち、多孔質金属層が配置された圧電体層間では被覆部材の一部を入り込ませてアンカー効果を得、この多孔質金属層に隣り合う両側の金属層と外部電極との間では拡散接合による接合強度の向上を図っている。外部電極と積層体の側面との接合強度を高めるために多孔質金属層を過度に多く配置すると、素子の強度が低下する場合があるが、上記のように多孔質金属層によるアンカー効果と高密度金属層による拡散接合の効果とを組み合わせることにより、外部電極の接合強度を向上させるとともに素子全体の強度が低下するのを抑制することができる。【００５３】
さらに、高密度金属層が、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層よりも厚みが大きいときには、上記した接合面積の増大効果及び拡散接合の促進効果がより高められるので、被覆部材、特に外部電極の接合強度を高めることができる。【００５４】
積層体が複数の多孔質金属層を備えているときには、これらの多孔質金属層が素子の変位時に生じる応力を緩和することができるので、素子の耐久性がより向上する。また、多孔質金属層が配置された各圧電体層間に、被覆部材の一部がそれぞれ入り込んでいるときには、被覆部材の接合強度がより高まる。【００５５】
複数の多孔質金属層が積層体の積層方向に規則的に配置され、多孔質金属層が配置された各圧電体層間には、被覆部材の一部がそれぞれ入り込んでいるときには、積層体の側面に対する被覆部材の接合強度が積層方向全域にわたってほぼ均一に高められるので、素子の耐久性が極めて優れたものとなる。【００５６】
圧電体層間に入り込んでいる被覆部材の一部が、その積層方向の厚みｔと、圧電体層間に入り込んでいる深さＤとがＤ＞０．１ｔの関係を満たしているときには、圧電体層間に入り込んでいる被覆部材の一部によるアンカー効果が高まる。すなわち、深さＤが大きくなるほど挿入部と圧電体層との接触面積が大きくなるので、それに伴ってアンカー効果が高くなる。【００５７】
本発明の噴射装置によれば、噴射孔を有する収納容器の内部に上記積層型圧電素子を収納しているので、高電界、高圧力下での連続使用であっても優れた耐久性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】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２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である（金属層に対して垂直な方向に切断した断面図）。
【図３】第１の実施形態における外部電極と積層体の側面との接合部分の拡大断面図である。
【図４】第２の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図（金属層に対して垂直な方向に切断した断面図）である。
【図５】第２の実施形態における外部電極と積層体の側面との接合部分の拡大断面図である。
【図６】第２の実施形態の積層型圧電素子における金属層及びその近傍を拡大した拡大断面図である。
【図７】第２の実施形態における多孔質金属層及びその近傍を拡大した拡大断面図である。
【図８】第３の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図（金属層に対して垂直な方向に切断した断面図）である。
【図９】第４の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図（金属層に対して垂直な方向に切断した断面図）である。
【図１０】第４の実施形態における外部電極と積層体の側面との接合部分の拡大断面図である。
【図１１】第５の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す拡大断面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図である。
【図１３】第６の実施形態にかかる積層型圧電素子において、外装樹脂（被覆部材）を被覆する前の状態を示す斜視図である。
【図１４】外装樹脂を被覆した、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１５】図１４におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１６】第６の実施形態の積層型圧電素子における外装樹脂と積層体の側面との接合部分の拡大断面図である。
【図１７】第６の実施形態の積層型圧電素子において、金属層と圧電体層との界面で切断したときの断面図である。
【図１８】第７の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図である。
【図１９】第７の実施形態における外装樹脂２１と積層体１０の側面との接合部分の拡大断面図である。
【図２０】第７の実施形態の積層型圧電素子における金属層と圧電体層との界面で切断したときの断面図である。
【図２１】第７の実施形態の積層型圧電素子において金属層及びその近傍を拡大した拡大断面図である。
【図２２】第７の実施形態における圧電体層上の部分金属層の配列状態を示す斜視図である。
【図２３】第８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２４】図２３における圧電体層と外部電極との接合状態の一例を示す拡大断面図である。
【図２５】図２３における圧電体層と外部電極との接合状態の他の例を示す拡大断面図である。
【図２６】本発明の一実施形態にかかる噴射装置を示す断面図である。
【図２７】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図である。
【図２８】従来の積層型圧電素子を示す斜視図である。
【図２９】従来の積層型圧電素子における積層体の側面と外部電極との接合部分を示す拡大断面図である。
【図３０】従来の積層型圧電素子における金属層（内部電極層）を含む平面で切ったときの断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・圧電体、
２・・・金属層、
２ａ・・・金属層、
２ａ′・・・多孔質金属層、
２ｂ・・・金属層、
２ｃ・・・部分金属層、
２ｄ・・・空隙、
２ｅ・・・高密度金属層、
４・・・外部電極、
４ａ・・・挿入部、
４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ・・・外部電極を構成する複数の層、
６・・・リード線、
９・・・不活性層、
１０・・・積層体、
３１・・・収納容器、
３３・・・噴射孔、
３５・・・バルブ、
３７・・・燃料通路、
３９・・・シリンダ、
４１・・・ピストン、
４３・・・圧電アクチュエータ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
＜積層型圧電素子＞
（第１の実施形態）
以下、本発明の一実施形態について図面を参照し詳細に説明する。図１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２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図３は、本実施形態における外部電極４と積層体１０の側面との接合部分の拡大断面図である。【００６１】
図１及び図２に示すように、本実施形態にかかる積層型圧電素子は、複数の圧電体層１と複数の金属層２とが交互に積層された積層体１０を有し、該積層体１０の対向する側面に金属層２の端部を一層おきに電気的に導通する一対の外部電極（被覆部材）４，４′が接合されている。外部電極４，４′には、ハンダ等によりリード線６がそれぞれ接続固定されている。これらのリード線６は、外部の電圧供給部（図示せず）に接続することができる。これにより、各金属層２に圧電体層１を逆圧電効果により変位させるのに必要な所定の電圧を供給することができる。圧電体層１の間に配されている金属層２は銀−パラジウム等の金属材料で形成されている。【００６２】
リード線６を通じて各圧電体層１に所定の電圧が印加されると、圧電体層１に逆圧電効果による変位が生じる。一方、積層体１０の積層方向の両端部には、複数の圧電体層からなる不活性層９がそれぞれ配置され、該不活性層９は一方の端部側に金属層２が配されていないので、電圧を印加しても変位が生じない。【００６３】
図２及び図３に示すように、本実施形態の積層型圧電素子は、隣り合う２つの圧電体層１間の一部の領域に外部電極４（又は外部電極４′）の一部を入り込ませた挿入部４ａが形成されていることを特徴としている。具体的には、挿入部４ａは、隣り合う２つの圧電体層１間の領域で、かつ、金属層２ａの側端部Ｅと積層体１０の側面Ｓとの間の領域に形成されている。この領域は、図３に示す外部電極４側だけでなく、外部電極４′側にも形成されている。外部電極４の一部である挿入部４ａは、積層体１０の側面Ｓに接合されている外部電極４の本体とつながっている。【００６４】
このように挿入部４ａを圧電体層１間の一部の領域に侵入させておくことにより、積層体１０の側面Ｓから積層体１０中に杭を打ち込んだような構造となって、いわゆるアンカー効果により外部電極４と積層体１０との接合強度が大幅に向上している。これにより、積層型圧電素子を高電界、高圧力下で長時間駆動させた場合であっても、外部電極４が積層体１０の側面Ｓから剥離するのを防ぐことができるので、一部の金属層２と外部電極４との断線により一部の圧電体層１に電圧が供給されないという不具合を防止し、駆動中に変位特性が低下するのを防ぐことができる。【００６５】
また、積層体が駆動時に伸縮し変形することにより生じる積層体と被覆部材との界面での応力は、外部電極４（又は外部電極４′）の一部を入り込ませた挿入部４ａを介して、圧電体層１に伝播する。この伝播した応力に応じて、挿入部４ａに接する圧電体の結晶構造が変化し、応力が吸収される。【００６６】
特に、挿入部が主に金属を主成分とする外部電極の一部からなるときには、金属自体が変形して応力を緩和する効果が得られるとともに、挿入部４ａがこれに接する圧電体を押圧する力が大きいので、圧電体の結晶構造変化を生じさせやすい。【００６７】
さらに、圧電体層１が空隙に接した部分では、電圧が印加されず、応力に応じて圧電体が変形できる空間として機能する。このため、結晶構造変化により新たに生じた圧電体内の応力は、空隙に接した部分で緩和されるという、新たな緩和機能を生じさせることができる。【００６８】
さらに、挿入部４ａの先端を多孔質金属層の部分金属層間に枝わかれしながら侵入させることで、応力を分散させる効果が高まり、さらに応力緩和効果を高くすることができる。これらのことにより、被覆部材と積層体との接合信頼性がより高められ、耐久性が高く長寿命の積層型圧電素子が得られる。【００６９】
挿入部４ａが金属層２ａの側端部Ｅと積層体１０の側面Ｓとの間の領域に入り込む深さＤは、挿入部４ａの厚みｔに対してＤ＞０．１ｔの関係を満足するのが好ましい。特に、接合強度向上の点から、深さＤが１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上であるのがよい。深さＤが１μｍ以上である場合には、十分なアンカー効果が得られ、外部電極４と積層体１０の側面Ｓとの十分な接合強度が得られる。【００７０】
なお、本実施形態において外部電極４の一部が挿入部４ａとして圧電体層１，１間に「入り込んでいる」とは、積層体１０の側面の面粗度程度の凹凸に外部電極４の一部が入り込むことを意味するものではなく、圧電体層１，１間の隙間に外部電極４の一部が入り込むことを意味している。【００７１】
さらに、挿入部４ａが積層体１０の積層方向に複数配置されているのが好ましく、挿入部４ａが積層体１０の積層方向に規則的に配置されているのがより好ましい。このように外部電極４の一部が入り込んだ挿入部４ａを積層方向に規則的に配置することで、外部電極４が、積層体１０の積層方向の全域にわたって略均一にかつ強固に接合される。【００７２】
複数の挿入部４ａは、積層体１０における金属層２の全層数の１／２以下の層数毎、好ましくは全層数の１／８以下の層数毎、より好ましくは全層数の１／１５以下の層数毎にそれぞれ設けられているのがよい。仮に、挿入部４ａが配置される周期が金属層２の全層数の１／２を超える層数毎であると、挿入部４ａの数が少なくなるので、外部電極４の接合強度が積層方向の全域にわたって不均一になるおそれがある。【００７３】
ここで、挿入部４ａが「規則的に配置されている」とは、複数の挿入部４ａが配置される間隔がすべて同じである場合はもちろんのこと、積層体１０の側面Ｓにおいて積層方向全域にわたって略均一に且つ強固に外部電極４を接合することができる程度に、各挿入部４ａの配置間隔が近似している場合も含む概念である。具体的には、挿入部４ａの配置間隔は、各挿入部４ａの配置間隔の平均値に対して好ましくは±２０％の範囲内、より好ましくは±１５％の範囲内、さらに好ましくはすべて同数であるのがよい。【００７４】
挿入部４ａを規則的に配置する方法としては、例えば挿入部４ａを所定の枚数毎（例えば２０層毎など）に配置する方法が挙げられる。ただし、このような場合、金属層２の総枚数が上記所定枚数で割り切れないときには、積層体１０の両端付近においては挿入部４ａの配置が上記所定枚数毎の規則に従わなくてもよい。【００７５】
また、挿入部４ａは、正極側の外部電極４及び負極側の外部電極４が形成される積層体１０の側面において、正極側と負極側に交互に配置されるのが望ましい。これにより、正極側の外部電極４と負極側の外部電極４の一部が均等に圧電体層１間に入り込むことになり、両側の外部電極４が積層体１０と強固にバランスよく接合することができるようになる。【００７６】
特に性能面のみを重視すると、挿入部４ａが全ての圧電体層１間に設けられていることが好ましい。この場合には、外部電極４を積層体１０の側面に対して積層方向全域にわたってさらに強固に接合させることができるため、高電界で連続に高速駆動させた場合においても、外部電極４が積層体１０の側面から剥離することがなく、駆動中に変位量が低下するのをより確実に防ぐことができる。一方、全ての圧電体層間ではなく、上記のように挿入部４ａを規則的に配置することで性能面と製造コスト面とをバランスよく両立させることができる。【００７７】
また、本実施形態の積層型圧電素子では、挿入部４ａが形成された圧電体層１間に配置された金属層２ａは、主成分が周期表第８〜１１族金属から選ばれる少なくとも一種であるのが好ましい。金属層２ａの主成分を上記のようにすることで、圧電体層１と金属層２ａを同時焼成することが可能となり、圧電体層１と金属層２ａとの接合界面を強固に接合することができる。また、圧電素子が変位して金属層２ａに応力が加わった場合でも、金属層２ａ自体が伸縮しやすい上記金属で構成されているので、応力が一点に集中することなく、耐久性に優れた積層型圧電素子を提供することができる。特に、金属層２ａを構成する金属成分は、周期表第８〜１０族金属であるＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＯｓから選ばれる少なくとも１種以上と、周期表第１１族金属であるＣｕ，Ａｇ及びＡｕから選ばれる少なくとも１種以上とからなる合金であるのが好ましい。これは、近年における合金粉末合成技術において量産性に優れた金属組成であるからである。また、金属層２ａを構成する金属成分は周期表第１１族金属単体であってもよい。【００７８】
さらに、金属層２は主成分が周期表第１１族金属であり、挿入部４ａが形成された圧電体層１間に配置された金属層２ａは、該金属層２ａ以外の他の金属層２ｂよりも周期表第１１族金属の比率Ｒが高く設定されているのが好ましい。このようにヤング率の低い銅、銀、金などの周期表第１１族金属の比率Ｒを上記のように設定することで、金属層２ａのヤング率を相対的に低くすることができる。これにより、金属層２ａが、駆動時に積層体１０の伸縮によって生じる歪みを有効に吸収することができ、積層体１０の側面Ｓに強固に接合している外部電極４に積層体１０の伸縮によって生じる応力が生じるのを低減することができる。したがって、高電界、高圧力下で長時間連続駆動した場合においても、外部電極４の一部が積層体１０の側面Ｓから剥離したり、外部電極４が断線するのを防止できる。【００７９】
また、金属層２と外部電極４の主成分を同一にしておくことにより、外部電極４となる導電性ペーストを積層体１０側面に塗布、焼き付けした際に、外部電極４と金属層２ａの接合部で同一の主成分が互いに拡散し、いわゆる拡散接合によって外部電極４と金属層２ａとが強固に接合される。このように外部電極４と金属層２ａとが拡散接合する場合、外部電極４と金属層２ａとが相溶した相溶領域が形成される。このような形態の場合、前記した「金属層２ａの側端部Ｅ」は、相溶領域と金属層２ａのみの領域との境界部分のことをいう。【００８０】
圧電体層１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（以下ＰＺＴと略す）、或いはチタン酸バリウムＢａＴｉＯ３を主成分とする圧電セラミックス材料等で形成されている。この圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数ｄ３３が高いものが望ましい。【００８１】
また、圧電体層１の厚み、つまり金属層２間の距離は４０〜２５０μｍが望ましい。これにより、積層型圧電素子は電圧を印加してより大きな変位量を得るために積層数を増加しても、積層型圧電アクチュエータの小型化、低背化ができるとともに、圧電体層１の絶縁破壊を防止できる。【００８２】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図である。図５は、第２の実施形態における外部電極４と積層体１０の側面Ｓとの接合部分の拡大断面図である。図４及び図５に示すように、第２の実施形態にかかる積層型圧電素子では、複数の金属層２のうちのいくつかの金属層２ａ′は、該金属層２ａ′と隣り合う両側の金属層２ｂよりも空隙２ｄが多くなっている。空隙２ｄの多さを比較するには、例えば各金属層の空隙率を測定すればよい。本実施形態では、金属層２ａ′は、該金属層２ａ′と隣り合う両側の金属層２ｂよりも空隙率が高くなっている。以下、金属層２ａ′のことを「多孔質金属層２ａ′」ということがある。【００８３】
図６は、第２の実施形態における多孔質金属層２ａ′及びその近傍を拡大した拡大断面図である。図６に示すように、この積層型圧電素子では、多孔質金属層２ａ′は、圧電体層１間に点在した複数の部分金属層２ｃ（島状に分布した複数の部分金属層）と空隙２ｄとからなる。また、この多孔質金属層２ａ′が配置された圧電体層１間には、外部電極４の一部を入り込ませた挿入部４ａが形成されている。多孔質金属層２ａ′が隣り合う両側の金属層２ｂよりも多くの空隙２ｄを有していることにより、外部電極４の成分が空隙２ｄの多い金属層２ａ′に深く侵入することができ、外部電極４と積層体１０との接合強度をより効果的に向上させることができる。すなわち、外部電極４となる導電ペーストを積層体１０の側面Ｓに塗布し、焼き付けした際に、該導電ペーストが軟化する温度以上で、導電ペーストが島状分布の金属層２ｃに毛管現象により侵入する。その結果、外部電極４が金属層２ａに効果的に侵入した積層型圧電素子を形成することができる。これによって、外部電極４を積層体１０の側面に強固に接合させることができ、高電界、高発生力下で高速で長時間駆動させた場合においても、外部電極４の一部が積層体１０側面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。【００８４】
また、本実施形態では、万一、駆動回路に異常な大電流が流れ、外部電極４が積層体１０の側面Ｓから剥離するような状況が生じた場合であっても以下のような利点がある。すなわち、緻密な金属層に外部電極４がアンカー効果で入り込んでいる場合には、外部電極４の一部が積層体１０の側面Ｓから剥がれるときに、外部電極４と緊密に接合している緻密な金属層も同時に積層体１０の内部から引き剥がされることがある。そのため、引き剥がされるときの応力で圧電体層１にクラックが生じる場合がある。一方、本実施形態のように空隙２ｄの多い金属層２ａ′に外部電極４の一部を侵入させておくと、万一、上述のような駆動回路の異常が生じて大電流が流れた場合においても、外部電極４の一部が入り込んでいる金属層２ａ′の部分においては、外部電極４の杭が抜けて、外部電極４の一部が積層体１０の側面から剥離するのみで、積層型圧電素子全体に影響を与えることはない。【００８５】
ここで、金属層２ａ′の空隙率は、外部電極４の一部を効果的に圧電体層１間に入り込ませるために、好ましくは１０〜９５％、より好ましくは４０〜９０％であるのがよい。空隙率が１０％以上である場合には、外部電極４の一部が効果的に入り込むことができるので、外部電極４と積層体１０の側面Ｓの接合強度が十分に得られる。一方、空隙率が９５％以下である場合には、金属層２ａ′とその両隣に配置される圧電体層１との接合強度が弱くなるのを防止し、焼成時に剥離するなどの不具合が生じない。【００８６】
また、金属層２ａに点在している部分金属層２ｃの大きさ（積層方向と垂直な方向の幅）は、１〜１００μｍが好ましい。部分金属層２ｃの大きさが１μｍ以上である場合には、該多孔質金属層２ａ′の厚みが薄くなりすぎず、外部電極４の一部を効果的に該金属層２ａへ侵入させることができる。一方、部分金属層２ｃの大きさが１００μｍ以下である場合には、積層体１０の伸縮によって生じる応力を該多孔質金属層２ａ′が分散して吸収することができ、応力が部分金属層２ｃに集中するのを抑制し、圧電体層１に亀裂が生じるのを防止することができる。即ち、多孔質金属層２ａ′に点在している部分金属層２ｃの大きさを１〜１００μｍとすることにより、外部電極の一部を多孔質金属層２ａ′に入り込ませ且つ、積層体１０の伸縮によって生じる応力を多孔質金属層２ａ′が分散して吸収することができる。さらに好ましくは、多孔質金属層２ａ′に点在している部分金属層２ｃの大きさは、３〜５０μｍが望ましい。また、多孔質金属層２ａ′の形状は、略球形であっても、他の形状であっても構わない。【００８７】
なお、多孔質金属層２ａ′が、複数の部分金属層２ｃが点在して構成されている場合、電気的導通がなくなり、電極として機能しなくても構わない。この場合には、当該金属層２ａ′は、圧電体層１に対して、部分的に形成されていてもよいし（いわゆる部分電極構造）、全面に形成されていても良い。【００８８】
金属層２ａ′と金属層２ｂとの間で空隙の多さを比較する際には、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、金属顕微鏡、光学顕微鏡などを用いて金属層２ａ′の断面及び金属層２ｂの断面（積層方向に平行な断面又は積層方向に垂直な断面）を観察して断面画像を得、この断面画像を評価すればよい。この断面画像において、金属層２ａ′と金属層２ｂの空隙の多さに明らかな差が認められる場合には、目視で比較すればよい。また、金属層２ａ′と金属層２ｂの空隙の多さを目視で判別することができない場合には、以下のような方法により空隙率をそれぞれ測定して比較すればよい。【００８９】
金属層の空隙率とは、積層体１０の断面（積層方向に垂直又は水平な断面）において、金属層全体の面積に対して空隙の面積が占める割合（％）を意味する。空隙率を測定する方法は大きく分けて次の２つある。第１の方法は、積層体１０を積層方向に平行な面で切ったときの断面を観察する方法であり、第２の方法は、積層体１０を積層方向に垂直な面で切ったときの断面を観察する方法である。【００９０】
空隙率を第１の方法で測定するには、例えば以下のようにして行えばよい。まず、積層方向に平行な断面が露出するように、積層体１０を公知の研磨手段を用いて研磨処理する。具体的には、例えば研磨装置としてケメット・ジャパン(株)社製卓上研磨機ＫＥＭＥＴ−Ｖ−３００を用いてダイヤモンドペーストで研磨することができる。この研磨処理により露出した断面を、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、光学顕微鏡、金属顕微鏡、光学顕微鏡などにより観察して断面画像を得、この断面画像を画像処理することによって金属層２ａ′の空隙率及び金属層２ｂの空隙率を測定することができる。具体例を挙げると、光学顕微鏡にて撮影した金属層２ａ′若しくは金属層２ｂの画像に対して、空隙部分を黒色に塗りつぶし、空隙以外の部分を白色に塗りつぶし、黒色部分の比率、即ち、（黒色部分の面積）／（黒色部分の面積＋白色部分の面積）を求め、百分率で表すことにより空隙率を算出することができる。例えば、断面画像がカラーである場合は、グレースケールに変換して黒色部分と白色部分に分けるとよい。このとき、黒色部分と白色部分に２階調化するための境界の敷居値を設定する必要がある場合には、画像処理ソフトウェアや目視により境界の敷居値を設定して２値化すればよい。【００９１】
また、空隙率を第２の方法で測定するには、例えば以下のようにして行えばよい。まず、空隙率を測定したい金属層２ａ′の断面又は金属層２ｂの断面（積層方向に垂直な断面）が露出するまで、公知の研磨装置を用いて積層体１０の積層方向に研磨する。具体的には、例えば研磨装置としてケメット・ジャパン(株)社製卓上研磨機ＫＥＭＥＴ−Ｖ−３００を用いてダイヤモンドペーストで研磨することができる。この研磨処理により露出した断面を、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、光学顕微鏡、金属顕微鏡、光学顕微鏡などにより観察して断面画像を得、この断面画像を画像処理することによって金属層２ａ′の空隙率及び金属層２ｂの空隙率を測定することができる。具体的には、光学顕微鏡にて撮影した金属層２ａ′若しくは金属層２ｂの画像に対して、空隙部分を黒色に塗りつぶし、空隙以外の部分を白色に塗りつぶし、黒色部分の比率、即ち、（黒色部分の面積）／（黒色部分の面積＋白色部分の面積）を求め、百分率で表すことにより空隙率を算出することができる。例えば、断面画像がカラーである場合は、グレースケールに変換して黒色部分と白色部分に分けるとよい。このとき、黒色部分と白色部分に２階調化するための境界の敷居値を設定する必要がある場合には、画像処理ソフトウェアや目視により境界の敷居値を設定して２値化すればよい。なお、金属層２ａ′又は金属層２ｂの断面を観察する際には、これらの厚みの約１／２の位置まで研磨し、これにより露出した断面を観察するのが好ましい。ただし、金属層２ａ′の厚み又は金属層２ｂの厚みが薄く、かつ、厚みのばらつきが比較的大きな場合には、研磨処理により金属層２ａ′の断面全体又は金属層２ｂの断面全体を露出させることができないことがある。このような場合には、金属層２ａ′又は金属層２ｂの一部が露出するまで研磨処理した時点で、その露出部分を観察して断面画像を得た後、さらに研磨を進めて、既に観察した部分を除く他の部分を観察するという操作を複数回繰り返してもよい。このようにして複数回の操作で得た観察画像を足し合わせて金属層２ａ′又は金属層２ｂの断面全体が観察できればよい。【００９２】
第２の実施形態では、図７に示すように、複数の部分金属層２ｃ間に入り込んでいる外部電極４の一部である挿入部４ａが、部分金属層２ｃの表面を覆っているのが好ましい。このように部分金属層２ｃの表面を覆っていることにより、挿入部４ａと部分金属層２ｃとの接触面積が増加するので、外部電極４と積層体１０の側面Ｓとの接合強度がさらに向上する。【００９３】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図である。図８に示すように、この素子における積層体１０の側面Ｓには一対の外部電極４，４′が形成されており、２つの圧電体層１間の一部の領域には、一方の外部電極４の一部を入り込ませた挿入部４ａが形成され、これと同じ圧電体層１間の他の一部の領域には、他方の外部電極４′の一部を入り込ませた挿入部４ａ′が形成されている。これにより、両方の外部電極が積層体の側面から剥離するのを防止することができるので、素子の耐久性をより向上させることができる。しかも、一方の外部電極の一部を入り込ませる圧電体層間と他方の外部電極の一部を入り込ませる圧電体層間とが異なる場合と比較して、同一の圧電体層間に２つの挿入部を形成する場合には、挿入部の形成に必要な製造コストを低減することができるので、耐久性に優れた素子を安価に製造することができる。【００９４】
（第４の実施形態）
図９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断面図である。図１０は、本実施形態における外部電極４と積層体１０の側面Ｓとの接合部分の拡大断面図である。図９及び図１０に示すように、本実施形態の素子における多孔質金属層２ａ′の積層方向両側の金属層２ｅ，２ｅは、これらの金属層２ｅに対して積層方向に隣り合う金属層（多孔質金属層２ａ′及び金属層２ｂ）よりも空隙が少なくなるように形成されている。以下、金属層２ｅを高密度金属層２ｅということがある。高密度金属層２ｅと、多孔質金属層２ａ′及び金属層２ｂとの間で空隙の多さを比較するには、例えば空隙率を測定すればよい。空隙率の測定方法は上記と同様である。本実施形態では、高密度金属層２ｅ，２ｅは、これらの金属層２ｅ，２ｅに対して積層方向に隣り合う金属層２ａ′，２ｂよりも空隙率が低く設定されている。【００９５】
このように、高密度金属層２ｅを他の金属層２ａ′，２ｂよりも空隙率が低くなるように形成することで、この高密度金属層の端部と外部電極との間の接合面積が増加するので、これらの間で導電性材料の拡散が生じやすくなる。これにより、この拡散による接合（拡散接合）によって外部電極の接合強度を高めることができる。すなわち、多孔質金属層が配置された圧電体層間では挿入部を形成してアンカー効果を得、この多孔質金属層に隣り合う両側の金属層と外部電極との間では拡散接合による接合強度の向上を図っている。外部電極と積層体の側面との接合強度を高めるために多孔質金属層を過度に多く配置すると、素子の強度が低下する場合があるが、上記のように多孔質金属層によるアンカー効果と高密度金属層による拡散接合の効果とを組み合わせることにより、外部電極の接合強度を向上させるとともに素子全体の強度が低下するのを抑制することができる。具体的には、金属層２ｅの空隙率は金属層２ｂの空隙率の９５％以下、より好ましくは９０％以下であるのがよい。【００９６】
また、本実施形態における高密度金属層２ｅ，２ｅは、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層２ａ′，２ｂよりも厚みが厚くなるように形成されている。このように、金属層２ｅが他の金属層２ａ′，２ｂよりも厚みが厚いため、この高密度金属層２ｅの端部と外部電極との間で導電性材料の拡散が生じやすくなるので、この拡散による接合（拡散接合）によって外部電極の接合強度を高めることができる。具体的には、金属層２ｅの厚みは金属層２ｂの厚みの１０５％以上、より好ましくは１１０％以上であるのがよい。【００９７】
（第５の実施形態）
図１１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断面図である。図１１に示すように、本実施形態における外部電極４は、積層体１０の側面Ｓに垂直な方向に積層された複数の層４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅからなる。この実施形態では、外部電極４が導電性材料とガラス材料とを含み、挿入部４ａにおけるガラス材料の含有量が挿入部４ａ以外の他の部位（外部電極４の本体）よりも多いときには、次のような効果がある。すなわち、ガラス成分が多い部位においてはそのガラス成分により金属成分が圧電体層中に拡散固溶しやすくなるので、挿入部４ａとこれに接触する圧電体層との接合強度が向上する。その結果、挿入部４ａにおけるアンカー効果が高まるので、積層体１０に対する外部電極４の接合強度をより向上させることができる。【００９８】
また、複数の層４ｂ−４ｅのうち積層体１０の側面Ｓ側に位置する層４ｂは、他の層４ｃ−４ｅよりもガラス材料の含有量が多くなるように形成されている。これにより、ガラス成分が隣り合う圧電体層間に入り込みやすくなるので、外部電極４と積層体１０の側面Ｓとの接合強度をさらに高めることができる。また、外部電極４を構成する複数の層４ｂ−４ｅのうち、外側の層４ｅに含まれるガラス成分が、積層体１０の側面Ｓ側に位置する層４ｂよりも少なくなることで、外部電極４に半田付けにより接合されるリード線６の接合強度を高めることができる。なぜなら、一般に半田はガラス成分に対して濡れ性が低いからである。【００９９】
なお、上記の各実施形態では、金属層２ａ（又は金属層２ａ′）の積層方向に隣り合う両側の金属層２ｂ，２ｂ（又は金属層２ｅ，２ｅ）が同極である場合を例に挙げて説明した。このように両側の金属層２ｂ，２ｂ（又は金属層２ｅ，２ｅ）が同極であるときには、次のような利点がある。すなわち、金属層２ａ′が複数の部分電極層２ｃと空隙２ｄとから構成され、部分電極層２ｃが互いに絶縁状態で孤立して点在している場合には、金属層２ａ′が電極として機能しない。このような場合には、金属層２ａ′に隣接する圧電体層１は、同極の金属層２ｂ，２ｂ（又は金属層２ｅ，２ｅ）に挟まれることになるので、当該圧電体層１は、外部電極４に電圧が印加されても変位しない。これにより、複数の部分金属層２ｃが点在して構成される金属層２ａ′への応力の集中を防ぐことが可能となる。その結果、高電界、高発生力下で高速で長時間駆動させた場合においても、外部電極４の一部が積層体１０側面から剥離するといった問題をより確実に防ぐことができる。【０１００】
一方、金属層２ａ（又は金属層２ａ′）の積層方向に隣り合う両側の金属層２ｂ，２ｂ（又は金属層２ｅ，２ｅ）が異極であるとき（例えば図１２）には、次のような利点がある。すなわち、金属層２ａ′が電極として機能しない場合に、両側の金属層２ｂ，２ｂ（又は金属層２ｅ，２ｅ）で挟まれた圧電体層１の変位量が他の金属層２ｂ，２ｂで挟まれた圧電体層の変位よりも小さくなる。各圧電体層１の厚みが同じ場合、両側の金属層２ｂ，２ｂ（又は金属層２ｅ，２ｅ）で挟まれた圧電体層１の変位量は、他の金属層２ｂ，２ｂで挟まれた圧電体層の変位量の１／２となる。このため、外部電極４と金属層２との界面にかかる応力を低減することが可能となる。その結果、高電界、高発生力下で高速で長時間駆動させた場合においても、外部電極４の一部が積層体１０側面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。【０１０１】
（製造方法）
次に、本発明の積層型圧電素子の製法を説明する。
本発明の積層型圧電素子は、まず、ＰＺＴ等からなるペロブスカイト型酸化物の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成るバインダーと、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジオチル）等の可塑剤とを混合してスラリーを作製し、該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により圧電体層１となるセラミックグリーンシートを作製する。【０１０２】
次に、銀−パラジウム等の金属層２を構成する金属粉末にバインダー、可塑剤等、及び必要に応じて前記圧電セラミックスの仮焼粉末等を添加混合して、金属層２をなす導電性ペーストを作製し、これを前記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって１〜４０μｍの厚みに印刷する。また、厚みを制御することにより、任意の厚みの金属層２を作製することが可能となる。【０１０３】
ついで、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数枚積層し、この積層体について所定の温度で脱バインダーを行った後、９００〜１２００℃で焼成することによって積層焼成体を作製する。【０１０４】
このとき、金属層２を形成する導電性ペースト中にアクリルビーズ等の乾燥時には接着固定され、焼成時には揮発する有機物を含有させておくことにより、任意の空隙率をもった金属層２を形成することができる。即ち、導電性ペーストに添加するアクリルビーズの量を制御することにより、該金属層２の空隙率を制御することができる。つまり、アクリルビーズが少ない場合には、空隙率は少なくなり、逆にアクリルビーズが大きい場合には、空隙率は大きくなる。即ち、外部電極４の一部を侵入させたい金属層２を形成する場合には前記導電性ペーストに添加するアクリルビーズの量を多くし、逆に外部電極４を侵入させない金属層２を形成する場合には、アクリルビーズの量を少なくするか、若しくはアクリルビーズを添加しなければよい。空隙率を低下させるには、導電性ペースト中のバインダーの量を少なくすればよい。【０１０５】
なお、このとき、不活性層９をなすグリーンシート中に、銀−パラジウム等の金属層２を構成する金属粉末を添加したり、不活性層９をなすグリーンシートを積層する際に、銀−パラジウム等の金属層２を構成する金属粉末および無機化合物とバインダーと可塑剤からなるスラリーをグリーンシート上に印刷することで、不活性層９とその他の部分の焼結時の収縮挙動ならびに収縮率を一致させることができるので、緻密な積層体１０を形成することができる。【０１０６】
なお、積層体１０は、上記製法によって作製されるものに限定されるものではなく、複数の圧電体層１と複数の金属層２とを交互に積層してなる積層体１０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。【０１０７】
次に、得られた積層焼成体を周知の平面研削盤などを用いて、所定の形状に研削を行う。【０１０８】
その後、銀を主成分とする導電剤粉末とガラス粉末にバインダー、可塑剤及び溶剤を加えて作製した銀ガラス導電性ペーストを、外部電極４を形成する積層体１０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、焼き付けを行うことにより、外部電極４を形成することができる。ここで、前記ガラス成分は、圧電体層１との接合強度を高め、且つ、有効的に金属層２に侵入するという点から、酸化鉛若しくは酸化珪素の少なくとも１種を含む軟化点８００℃以下のガラスが望ましい。また、前述以外に、ガラス成分は、シリカガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛アルカリけい酸ガラス、アルミノほうけい酸塩ガラス、ほうけい酸塩ガラス、アルミノけい酸塩ガラス、ほう酸塩ガラス、りん酸塩ガラス、鉛ガラス等を用いる。【０１０９】
例えば、ほうけい酸塩ガラスとしては、ＳｉＯ２４０〜７０質量％、Ｂ２Ｏ３２〜３０質量％Ａｌ２Ｏ３０〜２０質量％、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのようなアルカリ土類金属酸化物を総量で０〜１０質量％、アルカリ金属酸化物０〜１０質量％含有するものを使用することができる。また、上記ほうけい酸塩ガラスに、５〜３０質量％のＺｎＯを含むようなガラスとしても構わない。ＺｎＯは、ほうけい酸塩ガラスの作業温度を低下させる効果がある。【０１１０】
また、りん酸塩ガラスとしては、Ｐ２Ｏ５４０〜８０質量％、Ａｌ２Ｏ３０〜３０質量％、Ｂ２Ｏ３０〜３０質量％、ＺｎＯ０〜３０質量％、アルカリ土類金属酸化物０〜３０質量％、アルカリ金属酸化物０〜１０質量％を含むようなガラスを使用することができる。【０１１１】
また、鉛ガラスとしては、ＰｂＯ３０〜８０質量％、ＳｉＯ２０〜７０質量％、Ｂｉ２Ｏ３０〜３０質量％、Ａｌ２Ｏ３０〜２０質量％、ＺｎＯ０〜３０質量％、アルカリ土類金属酸化物０〜３０質量％、アルカリ金属酸化物０〜１０質量％を含むようなガラスを使用することができる。【０１１２】
また、外部電極を構成する導電剤は、耐酸化性があり、ヤング率が低く、安価であるという点から、銀を主成分とすることが望ましい。なお、耐エレクトロマイグレーション性を高めるという点から、微量の白金若しくはパラジウムを添加しても構わない。【０１１３】
なお、前記銀ガラス導電性ペーストの焼き付け温度は、外部電極４の一部を金属層２に入り込ませ、且つ、外部電極４と積層体１０側面の接合強度を高めるという点から、該銀ガラス導電性ペーストに含まれるガラスの軟化点以上の温度で、５００〜８００℃が望ましい。また、該銀ガラス導電性ペースト中のガラスの軟化点は、５００〜８００℃が望ましい。【０１１４】
さらに、外部電極４の外面に、金属のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板が埋設された導電性接着剤からなる導電性補助部材を形成してもよい。この場合には、外部電極４の外面に導電性補助部材を設けることによりアクチュエータに大電流を投入し、高速で駆動させる場合においても、大電流を導電性補助部材に流すことができ、外部電極４に流れる電流を低減できるという理由から、外部電極４が局所発熱を起こし断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。【０１１５】
さらには、導電性接着剤中に金属のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板を埋設しているため、前記導電性接着剤に亀裂が生じるのを防ぐことができる。【０１１６】
金属のメッシュとは金属線を編み込んだものであり、メッシュ状の金属板とは、金属板に孔を形成してメッシュ状にしたものをいう。【０１１７】
さらに、前記導電性補助部材を構成する導電性接着剤は銀粉末を分散させたポリイミド樹脂からなることが望ましい。即ち、比抵抗の低い銀粉末を、耐熱性の高いポリイミド樹脂に分散させることにより、高温での使用に際しても、抵抗値が低く且つ高い接着強度を維持した導電性補助部材を形成することができる。【０１１８】
さらに望ましくは、前記導電性粒子はフレーク状や針状などの非球形の粒子であることが望ましい。これは、導電性粒子の形状をフレーク状や針状などの非球形の粒子とすることにより、該導電性粒子間の絡み合いを強固にすることができ、該導電性接着剤のせん断強度をより高めることができるためである。【０１１９】
その後、外部電極４を含む積層体１０側面にシリコーンゴム等からなる外装樹脂をディッピング等の手法を用いてコーティングすると同時に、外部電極４にリード線６を半田等で接続することにより本発明の積層型圧電素子が完成する。【０１２０】
なお、本発明の積層型圧電素子はこれら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であれば種々の変更は可能である。【０１２１】
また、上記実施形態では、積層体１０の対抗する側面に外部電極４を形成した例について説明したが、本発明では、例えば隣設する側面に一対の外部電極４を形成してもよい。【０１２２】
（第６の実施形態）
従来の積層型圧電アクチュエータのように、単に外装樹脂を積層体の側面に被覆するだけでは、外装樹脂と積層体側面及び金属層との接合が必ずしも十分ではない。したがって、高電界で連続駆動させた場合に、積層体の伸縮により、積層体側面と外装樹脂との接合部で応力が生じ、外装樹脂が積層体側面および金属層端部から剥離して、該剥離部に雰囲気中の水蒸気が入り込むことがある。この場合、高電界がかかっているので、素子表面でシルバーマイグレーションが発生し、金属層間で導通して積層体の機能が低下するという問題が生じる可能性があった。【０１２３】
図３０に示すように、金属層１０２をエッチングにより除去し後退部分を形成し、後退部分に高分子有機絶縁材１２２を充填するだけでは、エッチングされた金属層面が平滑であること、高分子有機絶縁材１２２と外装樹脂１２１との接合強度が十分でないことなどの理由から、高電界で連続駆動させた場合における外装樹脂の剥離を十分に防ぐことができなかった（例えば特開平４−３６９２７７号公報）。【０１２４】
図１３は、本発明の第６の実施形態にかかる積層型圧電素子において、外装樹脂（被覆部材）を被覆する前の状態を示す斜視図である。図１４は、外装樹脂を被覆した、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１５は、図１４におけるＡ−Ａ線断面図である。図１６は、本実施形態の積層型圧電素子における外装樹脂と積層体の側面との接合部分の拡大断面図である。図１７は、本実施形態の積層型圧電素子において、金属層と圧電体層との界面で切断したときの断面図である。【０１２５】
図１３〜１５に示すように、本実施形態にかかる積層型圧電素子は、複数の圧電体層１と複数の金属層２とが交互に積層された積層体１０を有し、該積層体１０の対向する側面に金属層２の端部を一層おきに電気的に導通する一対の外部電極４が接合されている。各外部電極４には、ハンダ等によりリード線６が接続固定されている。このリード線６は、外部の電圧供給部（図示せず）に接続することができる。この積層型圧電素子には、図１４，１５に示すように、積層体１０の側面及び外部電極４を覆う外装樹脂２１が被覆されている。【０１２６】
図１６，１７に示すように、本実施形態の積層型圧電素子は、外装樹脂２１の一部（内装樹脂２１ａ）が、隣り合う２つの圧電体層１間の一部の領域に入り込んでいることを特徴としている。具体的には、外装樹脂２１の一部である内装２１ａは、隣り合う２つの圧電体層１間の領域で、かつ、金属層２ａの側端部Ｅと積層体１０の側面Ｓとの間の領域Ｔに入り込んでいる。領域Ｔに入り込んでいる内装樹脂２１ａは、積層体１０の側面Ｓに接合されている外装樹脂２１の本体２１ｂと一体化している。ここで、「一体化している」とは、内装樹脂２１ａが単に外装樹脂本体２１ｂに接しているだけではなく、内装樹脂２１ａが外装樹脂本体２１ｂとつながった状態（結合している状態）であることをいう。【０１２７】
このように外装樹脂２１の一部である内装樹脂２１ａを圧電体層１間の領域Ｔに侵入させ、かつ、外装樹脂本体２１ｂと一体化した状態にすることにより、積層体１０の側面Ｓから積層体１０中に杭を打ち込んだような構造となって、いわゆるアンカー効果により外装樹脂２１と積層体１０との接合強度が大幅に向上する。これにより、積層型圧電素子を高電界、高圧力下で長時間駆動させた場合であっても、外装樹脂２１が積層体１０側面から剥離するのを防ぐことができる。【０１２８】
また、積層体が駆動時に伸縮し変形することにより生じる積層体と被覆部材との界面での応力は、領域Ｔに入り込んでいる内装樹脂２１ａを介して、圧電体層１に伝播する。この伝播した応力に応じて、領域Ｔに入り込んでいる内装樹脂２１に接する圧電体の結晶構造が変化し、応力が吸収される。【０１２９】
特に、内層樹脂２１ａは主成分が樹脂であるので、樹脂自体が変形して応力緩和するだけでなく、内層樹脂２１ａに接する圧電体を被覆することができるので、圧電体の結晶構造変化による体積変化を吸収して、新たな応力発生を抑止することができる。【０１３０】
さらに、圧電体層１が空隙に接した部分では、圧電体が周囲の雰囲気の酸素濃度や湿度に応じて酸化還元され、積層型圧電素子の長期間の使用において圧電特性が変化するおそれがあるが、内装樹脂２１により使用環境の影響を抑制することができる。これにより、圧電体の応力緩和機能が耐久性の高いものとなり、被覆部材と積層体との接合信頼性がより高められ、長寿命の積層型圧電素子が得られる。【０１３１】
外装樹脂２１の一部である領域Ｔ内の内装樹脂２１ａが金属層２ａの側端部Ｅと積層体１０の側面Ｓとの間の領域Ｔに入り込む深さＤは、接合強度向上の点から、１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上であるのがよい。深さＤが１μｍ以上である場合には、十分なアンカー効果が得られ、外装樹脂２１と積層体１０の側面との十分な接合強度が得られる。【０１３２】
さらに、外装樹脂２１の一部が入り込んでいる圧電体層１間の領域Ｔが複数存在し、これらの領域Ｔが圧電体層１の積層方向に規則的に配置されているのが好ましい。このように内装樹脂２１ａが入り込んだ領域Ｔを積層方向に規則的に配置することで、外装樹脂２１が、積層体１０の積層方向の全域にわたって略均一にかつ強固に接合される。【０１３３】
複数の領域Ｔは、積層体１０における金属層２の全層数の１／２以下の層数毎、好ましくは全層数の１／８以下の層数毎、より好ましくは全層数の１／１５以下の層数毎にそれぞれ設けられているのがよい。仮に、領域Ｔが配置される周期が金属層２の全層数の１／２を超える層数毎であると、領域Ｔの数が少なくなるので、外装樹脂２１の接合強度が積層方向の全域にわたって不均一になるおそれがある。なお、領域Ｔは、積層体１０の積層方向に略規則的に配置されていることが好ましいが、積層方向の両端部付近は、積層体１０の中央付近での規則性から外れても構わない。【０１３４】
ここで、領域Ｔが「規則的に配置されている」とは、複数の領域Ｔが配置される間隔がすべて同じである場合はもちろんのこと、積層体１０の側面において積層方向全域にわたって略均一に且つ強固に外装樹脂２１を接合することができる程度に、各領域Ｔの配置間隔が近似している場合も含む概念である。具体的には、領域Ｔの配置間隔は、各領域Ｔの配置間隔の平均値に対して好ましくは±２０％の範囲内、より好ましくは±１５％の範囲内、さらに好ましくはすべて同数であるのがよい。【０１３５】
また、金属層２ａが入り込んでいる２つの領域Ｔ間には、金属層２ａ以外の他の金属層２ｂが存在しているのであるが、該金属層２ｂは、複数存在するのがよく、正極となる金属層２ｂと負極となる金属層２ｂとの層数が同じであるのがより好ましい。これにより、正極側に位置する外装樹脂２１と負極側に位置する外装樹脂２１が均等に金属層２ａに入り込むことになり、正極側に位置する外装樹脂２１及び負極側に位置する外装樹脂２１が積層体１０と強固にバランスよく接合することができるようになる。【０１３６】
また、本実施形態の積層型圧電素子では、外装樹脂２１の一部である内装樹脂２１ａが入り込んでいる圧電体層１間に存在する金属層２ａは、主成分が周期律表第８〜１１族金属から選ばれる少なくとも一種であるのが好ましい。金属層２ａの主成分を上記のようにすることで、圧電体層１と金属層２ａを同時焼成することが可能となり、圧電体層１と金属層２ａとの接合界面を強固に接合することができる。また、圧電素子が変位して金属層２ａに応力が加わった場合でも、金属層２ａ自体が伸縮しやすい上記金属で構成されているので、応力が一点に集中することなく、耐久性に優れた積層型圧電素子を提供することができる。特に、金属層２ａを構成する金属成分は、周期律表第８〜１０族金属であるＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＯｓから選ばれる少なくとも１種以上と、周期律表第１１族金属であるＣｕ，Ａｇ及びＡｕから選ばれる少なくとも１種以上とからなる合金であるのが好ましい。これは、近年における合金粉末合成技術において量産性に優れた金属組成であるからである。また、金属層２ａを構成する金属成分は周期律表第１１族金属単体であってもよい。【０１３７】
さらに、金属層２は主成分が周期律表第１１族金属であり、内装樹脂２１ａが入り込んでいる圧電体層１間に存在する金属層２ａは、該金属層２ａ以外の他の金属層２ｂよりも周期律表第１１族金属の比率が高く設定されているのが好ましい。これにより、圧電体層１と金属層２ａ、２ｂを同時焼成できる。また、ヤング率の低い銅、銀、金などの周期律表第１１族金属の比率の点で、金属層２ｂよりも金属層２ａの方を高めておくことにより、内装樹脂２１ａが入り込んでいる領域Ｔに隣接する金属層２ａのヤング率を相対的に低くすることができる。これにより、金属層２ａが、駆動時に積層体１０の伸縮によって生じる歪みを有効に吸収することができ、積層体１０側面に強固に接合している外装樹脂２１に積層体１０の伸縮によって生じる応力が生じるのを低減することができるので、高電界、高圧力下で長時間連続駆動した場合においても、外装樹脂２１が積層体１０側面から剥離するという不具合が生じるのを防ぐことができる。【０１３８】
外装樹脂２１は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂及びポリエステル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むのが好ましい。内装樹脂２１ａも上記樹脂から選ばれる少なくとも一種を含むのがよい。【０１３９】
圧電体層１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（以下ＰＺＴと略す）、或いはチタン酸バリウムＢａＴｉＯ３を主成分とする圧電セラミックス材料等で形成されている。この圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数ｄ３３が高いものが望ましい。【０１４０】
また、圧電体層１の厚み、つまり金属層２間の距離は４０〜２５０μｍが望ましい。これにより、積層型圧電素子は電圧を印加してより大きな変位量を得るために積層数を増加しても、積層型圧電アクチュエータの小型化、低背化ができるとともに、圧電体層１の絶縁破壊を防止できる。【０１４１】
（第７の実施形態）
図１８は、本発明の第７の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図である。図１９は、第７の実施形態における外装樹脂２１と積層体１０の側面との接合部分の拡大断面図である。図１８，１９に示すように、第７の実施形態にかかる積層型圧電素子では、複数の金属層２のうちのいくつかの金属層２ａ′は、該金属層２ａ′と隣り合う両側の金属層２ｂよりも空隙２ｄの割合（空隙率）が高く、該空隙２ｄの一部に外装樹脂２１の一部（内装樹脂２１ａ）が入り込んでいる多孔質金属層２ａ′であることを特徴としている。このように一部の多孔質金属層２ａ′は、部分金属層２ｃと空隙２ｄとからなり、該多孔質金属層２ａ′が隣り合う両側の金属層２ｂよりも多くの空隙２ｄを有していることにより、外装樹脂２１の成分が空隙２ｄの多い多孔質金属層２ａ′に深く侵入することができ、外装樹脂２１と積層体１０との接合強度をより効果的に向上させることができる。なお、本実施形態における「空隙」とは、圧電体層１間の領域において金属層を構成する金属が存在しない部分のことをいう。したがって、この空隙に内装樹脂２１ａが入り込んでいる場合であっても、便宜上、この部分も空隙と呼ぶこととする。【０１４２】
ここで、多孔質金属層２ａ′の空隙率は、外装樹脂２１を効果的に空隙２ｄの一部に入り込ませるために、好ましくは１０〜９５％、より好ましくは４０〜９０％であるのがよい。空隙率が１０％以上である場合には、外装樹脂２１の一部が効果的に入り込むことができ、外装樹脂２１と積層体１０の側面の接合強度が十分に得られる。これにより、駆動時に外装樹脂２１が積層体１０の側面から剥離してしまうのを防止できる。一方、空隙率が９０％以下である場合には、金属層２ａ′とその両隣に配置される圧電体層１との接合強度が弱くなるのを防止でき、焼成時に剥離するといった問題が生じるのを防止できる。なお、空隙率は、多孔質金属層２ａ′の積層方向と平行な断面で観察したときに、観察領域における金多孔質属層２ａ′全体の面積に対して、空隙（ボイド）の占める割合を百分率で表したものである。なお、金属層２ａ及び金属層２ｂの空隙率についても上記と同様である。【０１４３】
図２０は、第７の実施形態の積層型圧電素子における金属層と圧電体層との界面で切断したときの断面図である。図２１は、第７の実施形態の積層型圧電素子において金属層及びその近傍を拡大した拡大断面図である。図２２は、第７の実施形態における圧電体層上の部分金属層の配列状態を示す斜視図である。図２０〜２２に示すように、第７の実施形態にかかる積層型圧電素子では、金属層２ａ′は、点在した複数の部分金属層２ｃ（島状に分布した複数の部分金属層）で構成されているのが好ましい。そして、この点在した複数の部分金属層２ｃ間の一部に外装樹脂２１の一部が入り込んでいる。このように、外装樹脂２１を積層体１０の側面にコーティングした際に、外装樹脂２１が島状分布の金属層２ｃに毛管現象により侵入する。その結果、外装樹脂２１が多孔質金属層２ａ′に効果的に侵入した積層型圧電素子を形成することができる。これによって、外装樹脂２１を積層体１０の側面に強固に接合させることができ、高電界、高発生力下で高速で長時間駆動させた場合においても、外装樹脂２１が積層体１０側面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。【０１４４】
ここで、前述の複数の部分金属層２ｃが点在した状態の多孔質金属層２ａ′の金属充填率は、好ましくは５〜５５％、より好ましくは１０〜４０％であるのがよい。これは、金属充填率が５％以上である場合には、該金属層２ａ′とそれと隣り合う圧電体層１の接合強度が弱くなるのを防止することができる。一方、金属充填率が５５％以下である場合には、該金属層２ａ′が複数の金属が点在した状態、いわゆる島状分布とはなりやすく、外装樹脂２１をコーティングした際に、毛管現象が生じやすくなる。このため、外装樹脂２１の一部を効果的に金属層２ａ′に入り込ませることができる。即ち、該金属充填率を５〜５５％としておくことにより、該金属層２ａと圧電体層１の接合強度を高く維持し、且つ、外装樹脂２１をコーティングして積層体１０側面に接合させる際に、毛管現象により、外装樹脂２１が有効に金属層２ａへ侵入することができ、積層体１０側面と金属層２ａの接合強度を高くすることができる。なお、金属充填率は、該当する金属層２ａ′の積層方向と平行な断面で観察した場合の、金属層２ａ′の任意の断面を金属組成物の占める割合を百分率で表したものである。【０１４５】
また、金属層２ａ′に点在している部分金属層２ｃの大きさは、１〜１００μｍが好ましい。これは、金属層２ａ′に点在している部分金属層２ｃの大きさが１μｍ以上である場合には、該金属層２ａ′の厚みが薄くなりすぎるのを防止し、外装樹脂２１の一部を有効に該金属層２ａへ侵入させることができる。一方、部分金属層２ｃの大きさが１００μｍ以下である場合には、積層体１０の伸縮によって生じる応力を該金属層２ａ′が分散して吸収することができるので、応力が該金属組成物に集中するのを抑制できる。これにより、圧電体層１に亀裂が生じるといった問題が発生するのを防止できる。即ち、金属層２ａに点在している部分金属層２ｃの大きさを１〜１００μｍとすることにより、外装樹脂２１の一部を金属層２ａに入り込ませ、且つ、積層体１０の伸縮によって生じる応力を金属層２ａが分散して吸収することができる。さらに好ましくは、金属層２ａ′に点在している部分金属層２ｃの大きさは、３〜５０μｍが望ましい。また、部分金属層２ｃの形状は、略球形であっても、他の形状であっても構わない。【０１４６】
なお、外装樹脂２１の一部である内装樹脂２１ａが侵入している金属層２ａ′が、複数の部分金属層２ｃが点在した状態である場合、電気的導通がなくなり、電極として機能しなくても構わない。この場合には、当該金属層２ａ′は、圧電体層１に対して、部分的に形成されていてもよいし（いわゆる部分電極構造）、全面に形成されていても良い。【０１４７】
また、本発明では、上記実施形態のように内装樹脂が外装樹脂の一部である場合だけでなく、内装樹脂が外装樹脂とは異なる成分からなっていてもよい。ただし、内装樹脂と外装樹脂の接合強度の観点から判断すると、内装樹脂は、外装樹脂と同じ成分であるのが好ましく、外装樹脂の一部であるのがより好ましい。【０１４８】
（製造方法）
次に、本発明の積層型圧電素子の製法を説明する。
本発明の積層型圧電素子は、まず、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３等からなるペロブスカイト型酸化物の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成るバインダーと、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジオチル）等の可塑剤とを混合してスラリーを作製し、該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により圧電体層１となるセラミックグリーンシートを作製する。【０１４９】
次に、銀−パラジウム等の金属層２を構成する金属粉末にバインダー、可塑剤等、及び必要に応じて前記圧電セラミックスの仮焼粉末等を添加混合して、金属層２をなす導電性ペーストを作製し、これを前記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって１〜４０μｍの厚みに印刷する。【０１５０】
ついで、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数枚積層し、この積層体について所定の温度で脱バインダーを行った後、９００〜１２００℃で焼成することによって積層焼成体を作製する。【０１５１】
このとき、金属層２を形成する導電性ペースト中にアクリルビーズ等の乾燥時には接着固定され、焼成時には揮発する有機物を含有させておくことにより、任意の空隙率をもった金属層２を形成することができる。即ち、導電性ペーストに添加するアクリルビーズの量を制御することにより、該金属層２の空隙率を制御することができる。つまり、アクリルビーズが少ない場合には、空隙率は少なくなり、逆にアクリルビーズが大きい場合には、空隙率は大きくなる。即ち、外装樹脂２１の一部を侵入させたい多孔質金属層２ａ′を形成する場合には前記導電性ペーストに添加するアクリルビーズの量を多くし、逆に外装樹脂２１を侵入させない金属層２を形成する場合には、アクリルビーズの量を少なくするか、若しくはアクリルビーズを添加しなければよい。【０１５２】
なお、このとき、不活性層９をなすグリーンシート中に、銀−パラジウム等の金属層２を構成する金属粉末を添加したり、不活性層９をなすグリーンシートを積層する際に、銀−パラジウム等の金属層２を構成する金属粉末および無機化合物とバインダーと可塑剤からなるスラリーをグリーンシート上に印刷することで、不活性層９とその他の部分の焼結時の収縮挙動ならびに収縮率を一致させることができるので、緻密な積層体１０を形成することができる。【０１５３】
なお、積層体１０は、上記製法によって作製されるものに限定されるものではなく、複数の圧電体層１と複数の金属層２とを交互に積層してなる積層体１０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。【０１５４】
次に、上記と同様の方法により外部電極４を形成することができる。ここで、ガラス成分、外部電極を構成する導電剤としては、上記と同様の例示ができる。銀ガラス導電性ペーストの焼き付け温度は、上記と同様の温度範囲であるのが望ましい。さらに、外部電極４の外面に、上記と同様の金属のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板が埋設された導電性接着剤からなる導電性補助部材を形成してもよい。【０１５５】
その後、外部電極４にリード線６を半田等で接続し、外部電極４を含む積層体１０側面にシリコーンゴム等からなる外装樹脂をディッピング等の手法を用いてコーティングすることにより本発明の積層型圧電素子が完成する。ここで、外装樹脂２１を隣り合う圧電体層１層間の一部の領域に毛管現象を利用して効果的に入り込ませるために、上記したように金属層が、点在した複数の部分金属層で構成されているのが好ましく、さらに、ディピング等を行った後に真空吸引するのがより好ましい。さらに望ましくは、外装樹脂２１のコーティング前の粘度を下げることにより、毛管現象が起こりやすくなり、外装樹脂２１を前記領域に入り込ますことが可能となる。このような製造方法により、積層体の側面に被覆した外装樹脂２１の一部が領域Ｔに入り込んで内装樹脂２１ａとなり、かつ、該内装樹脂２１ａが外装樹脂本体２１ｂと一体化した状態とすることができる。【０１５６】
なお、本発明の積層型圧電素子はこれら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であれば種々の変更は可能である。また、上記実施形態では、積層体１０の対抗する側面に外部電極４を形成した例について説明したが、本発明では、例えば隣設する側面に一対の外部電極４を形成してもよい。【０１５７】
（第８の実施形態）
図２３は、第８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２４は、図２３における圧電体層と外部電極との接合状態を示す拡大断面図である。【０１５８】
図２３に示すように、本実施形態の積層型圧電素子は、複数の圧電体層１と複数の内部電極１２とを交互に積層してなる積層体１０を有している。積層体１０の積層方向の両端側には圧電体で形成された不活性層９が積層されている。積層体１０の対向する側面には、一対の外部電極１５が配設されている（一方の外部電極は不図示）。また、各内部電極１２は、圧電体層１の主面全体には形成されておらず、いわゆる部分電極構造となっている。この部分電極構造の複数の内部電極１２は、一層おきに積層体１０の対向する側面にそれぞれ露出するように配置されている。これにより、内部電極１２は、一層おきに、一対の外部電極１５に電気的に接続されている。一対の外部電極１５は、隣設する側面に形成してもよい。外部電極１５の材質としては、電気抵抗が低く、取り扱いの容易な銀、若しくは銀が主成分の合金を用いるのがよい。【０１５９】
また、図２４に示すように、本実施形態の積層型圧電素子では、外部電極１５の周縁部１５ａは、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、かつ、積層体１０の側面と離隔している（接触していない）離隔部１６が形成されている。このような積層型圧電素子は、外部電極１５と積層体１０の熱膨張差や変位差によって、外部電極１５と積層体１０の接合境界部分に発生する応力集中を避けることができ、外部電極１５と接合された積層体１０自身に亀裂が生じる恐れが著しく低下し、積層型圧電素子の耐久性を向上させることができる。【０１６０】
外部電極１５の周縁部１５ａが、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなるように形成するためには、外部電極１５をスクリーン印刷する際の粘度を適度に調整し、外部電極１５の周縁部１５ａが積層体１０上に薄く広がるようにすればよい。また、他の方法として、外部電極１５の周縁部１５ａの厚みが一定となるように印刷したあとに周縁部１５ａの厚みが漸次薄くなるように削るなどの加工を施すこともできる。【０１６１】
このように外部電極１５の周縁部１５ａを、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなるようにすると、この傾斜した外部電極１５において焼成収縮や熱膨張差等による内部歪みが発生し、積層体１０の側面から自然に外部電極１５の周縁部１５ａが剥がれることによって外部電極１５と積層体１０の側面との離隔部１６が形成される。また、他の方法として積極的に外部電極１５と積層体１０の側面との離隔部１６を形成するには、あらかじめ離隔部１６としたい積層体１０上に外部電極１５との反応性の低いモリブデン等の離型材を印刷しておいてもよい。さらに他の方法として、後述するように外部電極１５を複数層に重ね、これらの熱膨張差を利用することによっても、離隔部１６を形成することができる。【０１６２】
これに対して、外部電極１５の周縁部１５ａの厚みが一定であったり、積層体１０の側面との離隔部１６が形成されていない場合には、次のような不具合が生じてしまう。すなわち、積層体１０に外部電極１５を焼き付けた際に相互の熱膨張差による残留応力が、接合境界部に集中して加わり、外部電極１５と積層体１０の変位差によって外部電極１５と積層体１０の接合境界部には極めて大きな応力が発生することになる。このため、外部電極１５と接合された積層体１０はその境界部から亀裂が生じてしまい、次第に積層体１０を横断するような亀裂に進展することもある。【０１６３】
また、本発明の積層型圧電素子では、離隔部１６と積層体１０の側面との間に空隙を設けるのがよい。空隙が存在することによって、外部電極１５と積層体１０の接合境界部に発生する応力を著しく低下させることができる。ここで、離隔部１６と積層体１０の側面との間に空隙を設けるためには、前述の如く外部電極１５の周縁部１５ａを周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなるように形成すればよい。すなわち、外部電極１５の周縁部１５ａを、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなるようにすると、この傾斜した外部電極１５において焼成収縮や熱膨張差等による内部歪みが発生し、積層体１０の側面から自然に外部電極１５の周縁部１５ａが剥がれるような空隙を得ることが可能となる。もちろん、後述するように外部電極１５を複数層に重ねたり、熱膨張差を利用することによっても、より確実に空隙を形成することができる。【０１６４】
また、図２５に示すように、離隔部１６と積層体１０の側面との間の少なくとも一部には、絶縁性樹脂１７が介在していてもよい。このようにすることで、積層型圧電素子に高い電圧を印加した際にも、良好な絶縁性を確保することが可能となる。特に、絶縁性樹脂１７は、離隔部１６と積層体１０の側面との間の周縁側（外部電極１５の周縁側）に介在するようにした方がよい。このようにすることで、積層型圧電素子に２００Ｖ以上の高い電圧を印加した際にも、より良好な絶縁性を確保することが可能となる。さらにまた、絶縁性樹脂１７は離隔部１６と積層体１０の側面に設けられた空隙にも充填するようにした方がよい。これによって、極めて高い絶縁性を確保することができ、縁面放電が生じる恐れもなく、絶縁低下を防止し、高い信頼性を確保することが可能となる。【０１６５】
また、絶縁性樹脂１７の材質としてはシリコーン樹脂がよい。シリコーン樹脂は積層体１０に対する接合が強固でありながら、耐熱性に富み、経年変化も少なく、弾性率が低いので積層型圧電素子の変位に対する追従性が高い。したがって、高い絶縁性を確保し縁面放電を防止しつつ、積層体１０の変位を妨げることがないので、高い信頼性を得ることができる。なお、シリコーン樹脂には脱酢酸タイプや脱オキシムタイプなど硬化反応を変えることによって様々なものがあるが、硬化時の副生ガスの発生しない脱アルコールタイプの使用が好ましい。また、２００Ｖ以上の高電界で用いることが多いことから、低分子シロキサンを含まない高分子タイプのシリコーン樹脂の使用が好ましい。さらに、離隔部１６と積層体１０の側面との間や周縁側、特に離隔部１６と積層体の側面との間に設けた空隙部分に、シリコーン樹脂を充填する方法としては、真空装置等を使って脱泡および真空含浸を行えば良く、簡便で確実に充填することができる。【０１６６】
ところで、外部電極１５は複数の電極材料が積層されてなるものが良い。これによって、外部電極１５に内部歪みを起こし、積層体１０の側面から自然に外部電極１５の周縁部１５ａが剥がれるようにすることが可能となる。このときの複数層の電極材料は、互いに微妙に異なる組成とした方が内部歪みを起こしやすいのであるが、たとえ同じ組成のものであってもその焼き付け温度を変えることによっても内部歪みを生じしめることが可能となる。【０１６７】
また、複数の電極材料においては、外層側の熱膨張係数を内層側よりも大きくするのが良い。このようにすることによって、内層側の外部電極１５には応力が発生し、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなるようにした外部電極１５の周縁部１５ａが剥がれ、積層体１０の側面に接触しない離隔部１６が形成できる。【０１６８】
反対に、内層側の熱膨張係数を外装側よりも大きくした場合は、内部応力は発生するものの、周縁部１５ａが剥がれにくくなるような圧縮応力が働いてしまい、積層体１０の側面に接触しない離隔部１６を形成することが困難となるので好ましくない。【０１６９】
また、最内層の電極材料は、他の電極材料よりも周縁側に突出させるのが良い。２層以上の複数の電極材料からなる外部電極１５に発生する内部応力は、積層境界部で最も大きくなるが、このとき、最内層の電極材料は、他の電極材料よりも周縁側に突出させておくと、突出した最内層の電極材料の周縁部１５ａが剥がれ、積層体の側面に接触しない離隔部１６が形成できるので好適である。【０１７０】
一方、外装側の電極材料を、他の電極材料よりも周縁側に突出させた場合は、内部応力は発生するものの、外装側の電極材料が他の電極材料を覆い被すように形成されるため、周縁部１５ａが剥がれにくくなってしまい、積層体１０の側面に接触しない離隔部１６を形成することが困難となるので好ましくない。【０１７１】
特に、離隔部１６は最内層の電極材料１５１のみとするのが良い。これによって、最内層の電極材料１５１の周縁側への突出部分が剥がれることを利用して、積層体１０の側面に接触しない離隔部１６を好適に形成することができる。【０１７２】
さらに、離隔部１６を積層体１０の側面に投影したときの長さＬが１０μｍ以上とするのが良い。これによって、外部電極１５と積層体１０の接合境界部に発生する応力集中を避けることができ、外部電極１５と接合された積層体１０自身に亀裂が生じる恐れが無くなり、積層型圧電素子の耐久性を向上させることができる。離隔部１６を積層体１０の側面に投影したときの長さＬが１０μｍ未満になると、外部電極１５と積層体１０の接合境界部に発生する応力集中が大きくなり、外部電極１５と接合された積層体１０自身に亀裂が生じやすくなり、好ましくない。また、離隔部１６を積層体１０の側面に投影したときの長さＬが５００μｍ以上と過大になりすぎても、外部電極１５そのものの強度が低下することによって外部電極１５が剥離しやすくなり、好ましくない。【０１７３】
また、外部電極１５が積層体１０の側面に接触している部分と離隔部１６との境界と、離隔部１６の先端とを結ぶ直線が前記積層体の側面となす角度θは、１度以上４５度以下とするのが良い。これによって、外部電極１５の周縁部１５ａは周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、外部電極１５と積層体１０の接合境界部に発生する応力集中を避けることができると共に、傾斜した外部電極１５において焼成収縮や熱膨張差等による内部歪みが発生し、積層体１０の側面から自然に外部電極１５の周縁部１５ａが剥がれるような空隙を得ることが可能となる。角度θが１度未満の場合は、外部電極１５の周縁部１５ａは周縁側に向かうにつれて漸次薄くなるような厚みを得ることが困難となるおそれがある。一方、この角度θが４５度を越える場合には、外部電極１５と積層体１０の接合境界部が強固に接合されやすくなり、外部電極１５と積層体１０の接合境界部に高い応力集中が生じてしまうおそれがある。【０１７４】
さらに、離隔部１６の先端と積層体１０の側面との距離Ｈは１μｍ以上５０μｍ以下とするのがよい。このように距離Ｈが適切に保たれていると、外部電極１５と積層体１０の接合境界部に発生する応力を最も低減させることができるばかりでなく、離隔部１６と積層体１０の側面との間に絶縁性樹脂１７を充填することが可能となり、極めて高い絶縁性を確保することができる。距離Ｈを上記範囲内にしたときには、縁面放電が生じる恐れもなく、高い信頼性を確保することが可能となる。距離Ｈが１μｍ未満になると、絶縁性樹脂１７を十分に充填することが困難となり好ましくない。また、距離Ｈが５０μｍを越えると、外部電極１５そのものの強度が低下し、樹脂の充填時に外部電極１５が剥離しやすくなるので好ましくない。【０１７５】
外部電極１５は複数の電極材料１５１，１５２，・・・が積層され、複数の電極材料は外層側の熱膨張係数が内層側よりも大きく、また最内層の電極材料１５１は、他の電極材料１５２，・・・よりも周縁側に突出させるようにすると良い。これによって、積層体１０の側面と接触していない離隔部１６を良好に形成することができ、外部電極１５と積層体１０の接合境界部に発生する応力を吸収することができる。【０１７６】
さらにまた、離隔部１６は最内層の電極材料１５１のみとし、離隔部１６を積層体１０の側面に投影したときの長さＬが１０μｍ以上とし、外部電極１５が積層体１０の側面に接触している部分と離隔部１６との境界と、離隔部１６の先端とを結ぶ直線が積層体１０の側面となす角度θは、１度以上４５度以下とし、離隔部１６の先端と前記積層体１０の側面との距離Ｈは１μｍ以上５０μｍ以下とするものが良い。これによって、外部電極１５と積層体１０の接合境界部に発生する応力を最も低減させることができる。【０１７７】
次に、本発明の積層型圧電素子の製法を説明する。まず、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３等からなるペロブスカイト型酸化物の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成るバインダーと、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジオチル）等の可塑剤とを混合してスラリーを作製し、該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により圧電体１１となるセラミックグリーンシートを作製する。【０１７８】
次に、銀−パラジウム等の内部電極１２を構成する金属粉末にバインダー及び可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これを各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって１〜４０μｍの厚みに印刷する。バインダー及び可塑剤と金属粉末との比を変えることや、スクリーンのメッシュの度数を変えることや、スクリーンのパターンを形成するレジスト厚みを変えることで、内部電極１２の厚みおよび内部電極中の空隙等を変化させることができる。ついで、導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数積層し、脱バインダーを行った後、９００〜１２００℃で焼成することによって積層体１０が作製される。このとき、不活性層９の部分のグリーンシート中に、銀−パラジウム等の内部電極１２を構成する金属粉末を添加したり、不活性層９の部分のグリーンシートを積層する際に、銀−パラジウム等の内部電極１２を構成する金属粉末および無機化合物とバインダーと可塑剤からなるスラリーをグリーンシート上に印刷することで、不活性層９とその他の部分の焼結時の収縮挙動ならびに収縮率を一致させることができるので、緻密な積層体１０を形成することができる。なお、積層体１０は、上記製法によって作製されるものに限定されるものではなく、複数の圧電体層１と複数の内部電極１２とを交互に積層してなる積層体１０を作製できれば、他の製法によって形成されても良い。【０１７９】
次に、積層型圧電素子の側面に端部が露出する内部電極１２と導通が得られるように外部電極１５を形成する。この外部電極１５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、これを印刷し焼き付けることによって得ることができる。ここで、外部電極１５の周縁部１５ａは、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなるように印刷しなければならないが、このためには外部電極１５をスクリーン印刷する際の粘度を適度に調整し、外部電極１５の周縁部１５ａが積層体１０上に薄く広がるようにすれば良い。【０１８０】
具体例を一つ挙げると、平均粒径２μｍのフレーク状の銀粉末と、残部が平均粒径２μｍのケイ素を主成分とする軟化点が６４０℃の非晶質のガラス粉末との混合物に、バインダーを銀粉末とガラス粉末の合計質量１００質量部に対して約８質量部添加し、十分に混合して銀ガラス導電性ペーストを作製し、溶剤を添加して粘度が２００ｄ・Ｐａ・ｓ程度になるように調整した上で、積層体１０上の所定の位置にスクリーン印刷すれば良い。しかる後、銀ガラス導電性ペーストを焼き付ける。その温度は、ネック部を有効的に形成し、銀ガラス導電性ペースト中の銀と内部電極１２を拡散接合させ、また、外部電極１５中の空隙を有効に残存させるために５００〜８００℃が望ましい。このように外部電極１５の周縁部１５ａを、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなるようにすると、この傾斜した外部電極１５において焼成収縮や熱膨張差等による内部歪みが発生し、積層体１０の側面から自然に外部電極１５の周縁部１５ａが剥がれることによって外部電極１５と積層体１０の側面との離隔部１６を形成することができる。【０１８１】
次に、外部電極１５を形成した積層体１０をシリコーン樹脂溶液に浸漬するとともに、シリコーン樹脂溶液を真空脱気することにより、積層体１０の溝内部にシリコーン樹脂を充填し、その後シリコーン樹脂溶液から積層体１０を引き上げ、積層体１０の側面にシリコーン樹脂をコーティングする。これによって、離隔部１６と積層体１０の側面に設けられた空隙にもシリコーン樹脂を充填することができる。その後、シリコーン樹脂を硬化させることにより、本発明の積層型圧電素子が完成する。【０１８２】
本発明の積層型圧電素子はこれら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であれば種々の変更は可能である。上記実施形態では、積層体１０の対向する側面に外部電極１５を形成した例について説明したが、本発明では、例えば隣設する側面に一対の外部電極１５を形成してもよい。【０１８３】
また、本発明において、外部電極の接合信頼性が最も高いのは、積層体の側面から圧電体層間の内部に外部電極の一部及び外装樹脂の一部がともに入り込んでおり、しかも外部電極の周縁部が、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、かつ、積層体の側面と離隔している（接触していない）離隔部を有している形態である。これにより、上記した各効果が相乗的に組み合わされ、極めて優れた外部電極の接合信頼性が得られる。【０１８４】
＜噴射装置＞
図２６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。図２６に示すように、本実施形態にかかる噴射装置は、一端に噴射孔３３を有する収納容器３１の内部に上記実施形態に代表される本発明の積層型圧電素子が収納されている。収納容器３１内には、噴射孔３３を開閉することができるニードルバルブ３５が配設されている。噴射孔３３には燃料通路３７がニードルバルブ３５の動きに応じて連通可能に配設されている。この燃料通路３７は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路３７に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を開放すると、燃料通路３７に供給されていた燃料が一定の高圧で図示しない内燃機関の燃料室内に噴出されるように構成されている。【０１８５】
また、ニードルバルブ３５の上端部は内径が大きくなっており、収納容器３１に形成されたシリンダ３９と摺動可能なピストン４１が配置されている。そして、収納容器３１内には、上記した積層型圧電素子を備えた圧電アクチュエータ４３が収納されている。【０１８６】
このような噴射装置では、圧電アクチュエータ４３が電圧を印加されて伸長すると、ピストン４１が押圧され、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を閉塞し、燃料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４３が収縮し、皿バネ４５がピストン４１を押し返し、噴射孔３３が燃料通路３７と連通して燃料の噴射が行われるようになっている。【０１８７】
また、本発明の噴射装置は、噴出孔を有する容器と、上記積層型圧電素子とを備え、容器内に充填された液体が積層型圧電素子の駆動により噴射孔から吐出させるように構成されていてもよい。すなわち、素子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、液体とは、燃料、インクなどの他、種々の液状流体（導電性ペースト等）が含まれる。【０１８８】
なお、本発明は、積層型圧電素子および噴射装置に関するものであるが、上記実施例に限定されるものではなく、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置、振動防止装置等に搭載される駆動素子（圧電アクチュエータ）、並びに燃焼圧センサ、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、ヨーレートセンサ等に搭載されるセンサ素子、並びに圧電ジャイロ、圧電スイッチ、圧電トランス、圧電ブレーカー等に搭載される回路素子等に適用することができる。また、これら以外であっても圧電特性を用いた素子であれば、本発明を適用することが可能である。【０１８９】
＜燃料噴射システム＞
図２７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図である。図２７に示すように、本実施形態にかかる燃料噴射システム５１は、高圧燃料を蓄えるコモンレール５２と、このコモンレール５２に蓄えられた燃料を噴射する複数の上記噴射装置５３と、コモンレール５２に高圧の燃料を供給する圧力ポンプ５４と、噴射装置５３に駆動信号を与える噴射制御ユニット５５と、を備えている。【０１９０】
噴射制御ユニット５５は、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ものである。圧力ポンプ５４は、燃料タンク５６から燃料を１０００〜２０００気圧程度、好ましくは１５００〜１７００気圧程度にしてコモンレール５２に送り込む役割を果たす。コモンレール５４では、圧力ポンプ５４から送られてきた燃料を蓄え、適宜噴射装置５３に送り込む。噴射装置５３は、上述したように噴射孔３３から少量の燃料を燃焼室内に霧状に噴射する。
【実施例１】
【０１９１】
本発明の積層型圧電素子からなる積層型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ＰＺＴを主成分とする圧電セラミックの仮焼粉末、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の圧電体層１になるセラミックグリーンシートを作製した。【０１９２】
このセラミックグリーンシートの片面に、銀−パラジウム合金にバインダーを加えた導電性ペーストをスクリーン印刷法により形成し、該導電性ペーストが印刷されたシートを３００枚積層し、９８０〜１１００℃で焼成して積層焼成体を得た。ついで、得られた積層焼成体を平面研削盤にて所定の形状に研削し、積層体１０を得た。【０１９３】
次に、平均粒径２μｍの銀粉末と残部が平均粒径２μｍのケイ素を主成分とする軟化点が６５０℃のガラス粉末との混合物にバインダーを添加して作製した銀ガラス導電性ペーストを積層体１０側面の外部電極４形成面にスクリーン印刷によって３０μｍの厚みで形成し、７００℃にて３０分焼き付けを行うことにより、外部電極４を形成した。【０１９４】
ここで、試料番号１では、圧電体層１間に外部電極４の一部を入り込ませた挿入部４ａを形成し、試料番号２では、挿入部を形成しなかった。試料番号１において、挿入部４ａを形成した圧電体層１間における金属層２ａは、次のようにして形成した。すなわち、銀−パラジウム合金に平均粒径０．５μｍのアクリルビーズを銀−パラジウム合金１００体積％に対して２００体積％となるように加え、さらにバインダーを加えて調製した導電性ペーストを用い、この導電性ペーストを厚み４μｍになるようにセラミックグリーンシートの片面に印刷した。また、挿入部を形成しない圧電体層１間における金属層２ｂは、アクリルビーズを添加していない銀−パラジウム合金にバインダーを加えた導電性ペーストを厚み４μｍになるように印刷した。また、試料１において、金属層２ａを形成するための導電性ペースト（アクリルビーズ添加）を印刷したシート１層に対して、他の金属層２ｂを形成するための導電性ペースト（アクリルビーズ無添加）を印刷したシート２０層の割合で、これらのシートを積層した。アクリルビーズを添加した導電性ペーストによって形成された金属層２ａの側端部と積層体１０の側面との間の領域には、外部電極４の一部が平均で深さ２０μｍ侵入して挿入部４ａが形成されていた。金属層２ａの空隙率Ａは平均で８０％であり、他の金属層２ｂの空隙率Ｂは平均で２０％であった。また、金属層２ａは金属組成物（部分金属層）が点在した島状分布となっていた。【０１９５】
その後、外部電極４にリード線を接続し、正極及び負極の外部電極４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、図１に示すような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。得られた積層型圧電アクチュエータに１６０Ｖの直流電圧を印加したところ、積層方向に変位量４０μｍが得られた。さらに、この積層型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回まで連続駆動した試験行った。得られた結果を表１に示す。【０１９６】
【表１】
2007049697.tif 000003
【０１９７】
表１に示すように、本発明の積層型圧電アクチュエータ（試料番号１）では、連続駆動前と同様の変位量４０μｍが得られ、また、外部電極４には異常は見られなかった。一方、本発明の請求範囲外である試料番号２は、外部電極の一部が金属層に入り込んでいないので、初期の変位量は、試料番号１と同じであったが、１×１０９回の駆動後においては、変位量が３０μｍにまで低下していた。これは、試料番号２は、挿入部が形成されていない（外部電極の一部が金属層に入り込んでいない）ために、外部電極と積層体側面の接合強度が弱く、外部電極の一部が積層体側面から剥離し、一部の内部電極と外部電極の間で断線が生じた。その結果、一部の圧電体に電圧が供給されなくなったために、変位量が低下したものである。
【実施例２】
【０１９８】
挿入部４ａの入り込み深さＤ、挿入部４ａが形成された圧電体層間にある金属層２ａの空隙率Ａ、他の金属層２ｂの空隙率Ｂ、金属層２ａの構造、金属層２ａの配置状態、及び金属層を構成するＡｇの含有率を表１のように変化させた以外は、実施例１と同様にして積層型圧電素子を作製した。なお、全ての試料において初期の変位量を一定（４０μｍ）にするため、金属層２ａが電極として機能しない（導通のない）試料においては、金属層２ａの層数を考慮して、導通のある金属層２ｂの積層を増やすことで変位特性を調整した。評価結果を表２に示す。【０１９９】
【表２】
2007049697.tif 000004
【０２００】
表２より、本発明の積層型圧電アクチュエータである試料番号１、３、４、５、６、７は、１×１０９回連続駆動した場合においても、連続駆動前と同様の変位量が得られ、高信頼性を備えた圧電アクチュエータであることが分かった。
【実施例３】
【０２０１】
金属層２ａの積層方向両側の金属層２ｅの空隙率Ｅ、金属層２ｅとその他の金属層の厚み、金属層２ａの積層方向両側の金属層２ｅの極性（正極ｏｒ負極）等を変えた以外は、実施例１と同様にして積層型圧電素子を作製した。なお、全ての試料において初期の変位量を一定（４０μｍ）にするため、金属層２ｅの極性の違いに起因する変位特性の差を、金属層２ｂの層数を増減させることで調整した。また、駆動の電圧を０〜＋２００Ｖの交流電圧と４０Ｖ上げることで加速試験とした以外は実施例１と同様に連続駆動した試験を行った。得られた結果を表３に示す。【０２０２】
【表３】
2007049697.tif 000005
【０２０３】
表３より、本発明の積層型圧電アクチュエータである試料番号１、８、９は、駆動後の変位量の改善効果が見られ、高信頼性を備えた圧電アクチュエータであることが分かった。
【実施例４】
【０２０４】
図１１に示すように、４つの層４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅからなる外部電極４を積層体の側面に形成し、表４に示すように、外部電極におけるガラス材料の含有量等を種々変化させた他は、実施例１と同様にして積層型圧電素子を作製した。なお、全ての試料において初期の変位量を一定（４０μｍ）にするため、金属層２ａが電極として機能しない（導通のない）試料においては、金属層２ａの層数を考慮して、導通のある金属層２ｂの積層を増やすことで変位特性を調整した。また、駆動の電圧を０〜＋２００Ｖの交流電圧と４０Ｖ上げることで加速試験とした以外は実施例１と同様に連続駆動した試験を行った。評価結果を４に示す。【０２０５】
【表４】
2007049697.tif 000006
【０２０６】
表４より、本発明の積層型圧電アクチュエータである試料番号３〜１０は、駆動後の変位量の改善効果が見られ、高信頼性を備えた圧電アクチュエータであることが分かった。
【実施例５】
【０２０７】
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の仮焼粉末、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の圧電体層１になるセラミックグリーンシートを作製した。【０２０８】
このセラミックグリーンシートの片面に、銀−パラジウム合金にバインダーを加えた導電性ペーストをスクリーン印刷法により形成し、該導電性ペーストが印刷されたシートを３００枚積層し、９８０〜１１００℃で焼成して積層焼成体を得た。【０２０９】
このとき、外装樹脂２１を侵入させる多孔質金属層２ａ′を形成する部分には、銀−パラジウム合金に平均粒径０．５μｍのアクリルビーズを銀−パラジウム合金１００体積％に対して２００体積％となるように加え、さらにバインダーを加えて形成した導電性ペーストで厚み４μｍになるように印刷を行った。なお、外装樹脂２１を侵入させない他の金属層２ｂを形成する部分には、アクリルビーズを添加していない銀−パラジウム合金にバインダーを加えた導電性ペーストで厚み４μｍになるように印刷を行った。【０２１０】
外装樹脂２１を侵入させない金属層２ｂと外装樹脂２１を侵入させる多孔質金属層２ａ′の割合は、２０：１とした。すなわち、金属層２ｂ用の導電性ペーストを印刷したグリーンシートを２０層積層した後に、多孔質金属層２ａ′用の導電性ペーストを印刷したグリーンシートを１層積層するという手順で、各グリーンシートを規則的に積層した。【０２１１】
次に、得られた積層焼成体を平面研削盤にて研削し、積層体１０を得た。
次に、平均粒径２μｍの銀粉末と残部が平均粒径２μｍのケイ素を主成分とする軟化点が６５０℃のガラス粉末との混合物にバインダー添加して作製した銀ガラス導電性ペーストを積層体１０側面の外部電極４形成面にスクリーン印刷によって３０μｍの厚みで形成し、７００℃にて３０分焼き付けを行うことにより、外部電極４を形成した。【０２１２】
その後、外部電極４にリード線を接続した後、素子の外周にシリコーン樹脂をディッピングによる真空脱泡を行い、外装樹脂２１を形成した。【０２１３】
このとき、アクリルビーズを添加した導電ペーストによって形成された多孔質金属層２ａ′の側端部と前記積層体１０の側面との間の領域に、外装樹脂２１の一部（内装樹脂２１ａ）が平均で深さ１０μｍ侵入していた。さらに、多孔質金属層２ａ′の空隙率は平均で８０％で、他の金属層２ｂの空隙率は平均で１０％であった。さらに、多孔質金属層２ａ′は金属組成物からなる部分金属層が点在した島状分布となっていた。【０２１４】
その後、正極及び負極の外部電極４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、図１３に示すような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（試料番号１０）。【０２１５】
一方で、金属層２ａ用の導電性ペーストを印刷したグリーンシートを用いず、すべて金属層２ｂ用の導電性ペーストを印刷したグリーンシートのみを積層した積層体を作製した以外は上記と同様にして圧電アクチュエータを作製した（試料番号１１）。このアクチュエータでは、外装樹脂が圧電体層間の一部の領域に入り込んではいなかった。【０２１６】
上記で得られた各積層型圧電アクチュエータに１６０Ｖの直流電圧を印加したところ、絶縁抵抗３０ＭΩが得られた。さらに、この積層型圧電アクチュエータを温度８５℃、湿度８５％ＲＨで０〜＋１６０Ｖの交流電圧を１００Ｈｚの周波数で印加して、１×１０９回まで連続駆動した試験行った。結果を表５に示す。【０２１７】
【表５】
2007049697.tif 000007
【０２１８】
表５に示すように、本発明の積層型圧電アクチュエータ（試料番号１０）では、連続駆動前と同様の絶縁抵抗３０ＭΩが得られ、また、外装樹脂には異常は見られなかった。一方、本発明の請求範囲外である試料番号１１の外装樹脂の一部（内装樹脂）が金属層に入り込んでいない積層型圧電アクチュエータにおいては、初期の絶縁抵抗は、本発明の積層型圧電アクチュエータと同一であったが、１×１０９回の駆動後においては、シリコーン樹脂の一部に焼損痕があり、また、絶縁抵抗は１ＭΩ以下にまで低下してしまっていた。試料番号１１の積層型圧電アクチュエータにおいては、外装樹脂の一部（内装樹脂）が金属層に入り込んでいないために、外装樹脂と積層体側面の接合強度が弱く、結果、外装樹脂の一部が積層体側面から剥離し、剥離した部分に雰囲気中の水分が入り込み、この水分によって絶縁抵抗が低下したと考えられる。
【実施例６】
【０２１９】
次に、外装樹脂２１の一部（内装樹脂）が入り込んでいる金属層２ａの状態を変化させた以外は、実施例５と同様の積層型圧電アクチュエータを作製した。なお、外装樹脂の一部（内装樹脂）が入り込んでいる金属層２ａが導通のない試料番号の積層型圧電アクチュエータにおいては、該導通のない金属層２ａの層数を考慮して、導通のある外装樹脂２１の侵入していない金属層２ｂの積層を増してある。評価結果を表６に示す。【０２２０】
なお、表６中の「空隙率Ａ」とは、外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層の空隙率を表している。表６中の「空隙率Ｂ」とは、外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層と積層方向に隣り合う両側の金属層の空隙率を表している。表６中の「金属層の状態」とは、外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層が複数の点在する部分金属層からなるか否かを示しており、「○」の試料は部分金属層からなり、「−」の試料は部分金属層が存在しないことを意味している。表６中の「金属層の配置状態」とは、外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層が積層方向に略規則的に配置されているか否かを示しており、「−」の試料は当該金属層がランダムに配置されていることを意味する。表６中の「１１族金属の比率」とは、外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層を構成する周期律表第１１族金属と、該金属層と隣り合う両側の金属層を構成する周期律表第１１族金属との比率（外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層／両側の金属層）を表している。【０２２１】
【表６】
2007049697.tif 000008
【０２２２】
表６より、本発明の積層型圧電アクチュエータである試料番号１０、１２、１３、１４、１５、１６は、１×１０９回連続駆動した場合においても、連続駆動前と同様の絶縁抵抗が得られ、高信頼性を備えた圧電アクチュエータであることが分かった。
【実施例７】
【０２２３】
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の仮焼粉末、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の圧電体１になるセラミックグリーンシートを作製した。【０２２４】
このセラミックグリーンシートの片面に、銀−パラジウム合金（銀９５質量％−パラジウム５重量％）にバインダーを加えた導電性ペーストをスクリーン印刷法により形成したシートを３００枚積層し、焼成した。焼成は、８００℃で保持した後に、１０００℃で焼成し、一辺が８ｍｍ、長さが１００ｍｍの形状に研磨した。【０２２５】
次に、平均粒径２μｍのフレーク状の銀粉末と、残部が平均粒径２μｍのケイ素を主成分とする軟化点が６４０℃の非晶質のガラス粉末との混合物に、バインダーを銀粉末とガラス粉末の混合量や粘度をさまざまに変化させた銀ガラス導電性ペーストを作製し、スクリーン印刷した後、焼き付けた。さらに再度銀ガラス導電性ペーストを準備し、既に製作済みの内層側電極に対し、位置を微妙に変化させながら、再度銀ガラス導電性ペーストをスクリーン印刷した後、外装側電極として焼き付けることを繰り返し、複数の電極材料からなる外部電極１５を作製した。【０２２６】
その後、外部電極１５にリード線を接続し、正極及び負極の外部電極１５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。【０２２７】
得られた積層型圧電素子に１７０Ｖの直流電圧を印加したところ、すべての圧電アクチュエータにおいて、積層方向に変位量が得られた。【０２２８】
さらに、この圧電アクチュエータを室温で０〜＋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った。【０２２９】
結果は表７に示すとおりである。なお、表７中の長さＬとは、離隔部を積層体の側面に投影したときの長さのことを示し、角度θとは、外部電極が積層体の側面に接触している部分と離隔部との境界と、離隔部の先端とを結ぶ直線が積層体の側面となす角度のことを示し、距離Ｈとは、離隔部の先端と積層体の側面との距離のことを示している。【０２３０】
【表７】
2007049697.tif 000009
【０２３１】
この表７から、比較例である試料番号２３にみられるように、外部電極１５の周縁部１５ａの厚みが一定であったり、積層体の側面との離隔部１６が形成されていない場合、外部電極１５と積層体１０の接合境界部には大きな応力が発生することになる。これにより、外部電極１５と接合された積層体１０はその境界部から亀裂が生じてしまい、次第に積層体１０を横断するような亀裂に進展し、１×１０１０Ω・ｃｍ以下に電気絶縁性が劣化していた。【０２３２】
これに対して、本発明の実施例である試料番号１７〜２２は、１×１０９回連続駆動させた後も、素子変位量が変化することなく、圧電アクチュエータとして必要とする実効変位量を有しており、電気絶縁性も１×１０１２Ω・ｃｍ以上と良好に保たれ、優れた耐久性を有した圧電アクチュエータを作製できた。
特に試料Ｎｏ．１９〜２２は、１×１０９回連続駆動後も素子変位量が６０μｍ以上と大きく、信頼性に優れた積層型アクチュエータとすることができた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007049697.tif 000013
【図５】
2007049697.tif 000014
【図６】
2007049697.tif 000015
【図７】
2007049697.tif 000016
【図８】
2007049697.tif 000017
【図９】
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【図１０】
2007049697.tif 000019
【図１１】
2007049697.tif 000020
【図１２】
2007049697.tif 000021
【図１３】
2007049697.tif 000022
【図１４】
2007049697.tif 000023
【図１５】
2007049697.tif 000024
【図１６】
2007049697.tif 000025
【図１７】
2007049697.tif 000026
【図１８】
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【図１９】
2007049697.tif 000028
【図２０】
2007049697.tif 000029
【図２１】
2007049697.tif 000030
【図２２】
2007049697.tif 000031
【図２３】
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【図２４】
2007049697.tif 000033
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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