CN101911325B - 层叠型压电元件、利用该元件的喷射装置及燃料喷射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善了在苛刻条件下使用过程中位移量降低的层叠型压电元件。为此，层叠型压电元件具备：具有多个压电体和多个内部电极且压电体和内部电极交替层叠的层叠体、和形成在该层叠体的侧面的外部电极，其中外部电极具有：基部、和从该基部向外侧突出的第1凸部。
Description
技术领域
本発明涉及例如用于驱动元件(压电执行元件)、传感器元件及电路元件的层叠型压电元件(以下，也称为元件)。作为驱动元件，例如举出汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨等液体喷射装置、光学装置等精密定位装置、防震装置。作为传感器元件，例如举出燃烧压力传感器、爆震传感器、加速度传感器、负荷传感器、超声波传感器、压敏传感器及偏航速率传感器。作为电路元件，例如举出压电陀螺仪、压电开关、压电变压器、压电断路器。
背景技术
作为现有的层叠型压电元件中的外部电极，如专利文献1所述，利用具备银等导电材料和玻璃的导电性膏。通过将该导电性膏涂覆在层叠体的侧面并进行烘焙，从而形成了外部电极。
层叠型压电元件需要推进小型化的同时，在大的压力下需要确保大的位移量。因此，要求能够在施加更高电场且长时间连续驱动的苛刻条件下使用。
【专利文献1】日本特开2005-174974号公报
可是，在利用专利文献1所述的外部电极的层叠型压电元件中，在高电场，高压力或长时间的连续驱动的苛刻条件下使用过程中，外部电极的一部分可从层叠体的侧面剥离。
这是由于，元件因通电而在层叠方向上伸长并且在与层叠方向正交的方向上收缩。由于该伸缩，在层叠体的侧面产生翘曲，在层叠体侧面和外部电极的接合部被施加应力。由于该应力，存在在外部电极也产生翘曲且从层叠体的侧面剥离的情况，内部电极的一部分不通电、层叠型压电元件的位移量可能下降。
发明内容
本发明是鉴于上述课题进行的，其目的在于提供一种改善了在上述苛刻条件下使用过程中位移量降低的层叠型压电元件。
为了达成上述目的，本发明的层叠型压电元件具备：层叠体，其具有多个压电体和多个内部电极，且所述压电体和所述内部电极交替层叠；和外部电极，其形成在该层叠体的侧面，其特征在于，所述外部电极具有：基部；和第1凸部，其从该基部向外侧突出，所述第1凸部的纵向长比横向长小，所述纵向长是通过在所述基部的表面与层叠方向正交且与所述第1凸部的外周相切的两条直线间的间隔来定义的，所述横向长是通过在所述基部的表面与层叠方向平行且与所述第1凸部的外周相切的两条直线间的间隔来定义的。
另外，本发明的喷射装置其特征在于，具备：上述记载的层叠型压电元件和喷射孔，通过所述层叠型压电元件的驱动使液体从所述喷射孔吐出。
而且，本发明的燃料喷射系统具备：具备高压燃料的共轨、喷射蓄积在该共轨中的燃料的上述的喷射装置、和对所述喷射装置给予驱动信号的喷射控制系统。
【发明效果】
根据本发明的层叠型压电元件，通过外部电极具有向外侧突出的第1凸部，从而抑制了在外部电极发生的翘曲。因此，抑制了外部电极从层叠体剥离。结果，由于能够对内部电极稳定地通电，所以能够抑制层叠型压电元件的位移量的降低。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的层叠型压电元件的立体图。
图2是第1实施方式所涉及的层叠型压电元件，与层叠方向平行的剖面的剖面图。
图3是具备图2中的第1凸部的部分的放大剖面图。
图4A是本发明的第2实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的侧视图。
图4B是本发明的第3实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的侧视图。
图4C是本发明的第4实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的侧视图。
图5是本发明的第5实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的放大剖面图。
图6是本发明的第6实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的放大剖面图。
图7A是本发明的第7实施方式所涉及的层叠型压电元件、与层叠方向正交的面、包括低刚性层的剖面的剖面图。
图7B是本发明的第8实施方式所涉及的层叠型压电元件、与层叠方向正交的面、包括低刚性层的剖面的剖面图。
图8是本发明的第9实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的放大剖面图。
图9是表示本发明的一个实施方式所涉及的喷射装置的概略剖面图。
图10是表示本发明的一个实施方式所涉及的燃料喷射系统的概略框图。
符号说明：
1-层叠型压电元件(元件)，3-压电体层，5-内部电极，7-层叠体，9-外部电极，9a-基部，9b-第1凸部，9c-第2凸部，11-低刚性层，13-空隙，15-金属部，17-陶瓷部，19-喷射装置，21-喷射孔，23-收纳装置，25-针形阀，27-流体通路，29-气缸，31-活塞，33-碟形弹簧，35-燃料喷射系统，37-共轨(common rail)，39-压力泵，41-喷射控制单元，43-燃料罐。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的层叠型压电元件进行详细说明。
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的层叠型压电元件的立体图。图2是图1所示的元件的与层叠方向平行的剖面的剖面图。图3是具备图2中的第1凸部的部分的放大剖面图。
如图1～3所示，本实施方式所涉及的元件1具有层叠体7，所述层叠体7具备多个压电体层3和多个内部电极5，且压电体层3和内部电极5交替层叠。外部电极9分别位于层叠体7对置的2个侧面，与内部电极5的端部每隔一层交错地电导通。外部电极9具有：基部9a和从基部9a向外侧突出的第1凸部9b。
由此，通过外部电极9具有第1凸部9b，依据下述理由，抑制了外部电极9的翘曲、抑制了外部电极9从层叠体7剥离。具体地说，在驱动元件1时，由于元件1的侧面翘曲，故在外部电极9产生翘曲的应力起作用。可是，通过外部电极9具有向外侧突出的第1凸部9b，由于第1凸部9b发挥支柱的作用，故针对上述的应力能够具有高的斥力(阻力)。因此，抑制了层叠体7及外部电极9的翘曲。因此，抑制了外部电极9从层叠体7剥离。
如图3所示，第1凸部9b的高度(大小)H优选在0.5μm以上。因此，第1凸部9b作为支柱的效果提高了，能够进一步减小外部电极9的翘曲。另外，为了进一步提高了第1凸部9b作为支柱的效果，第1凸部9b的高度进而优选在5μm以上。另外，在本实施方式中，如图3所示，第1凸部9b的高度是指以基部9a的表面为基准的第1凸部9b的顶部的高度。另外，在成为基准的基部9a的表面有凹凸(表面光洁度)的情况下，基部的表面光洁度曲线中的中心线被视作基准。
这里，因表面光洁度引起的凹凸所包含的凸部和第1凸部9b，能够如下明确进行区分。
即，因表面光洁度引起的凹凸所包含的凸部，由在外部电极9的表面构成外部电极9的结晶粒子的隆起、因外部电极9表面的研磨处理及外部电极9的热处理等引起的构成外部电极9的结晶粒子的脱离而形成，所以凸部的大小成为与构成外部电极9的结晶粒子的尺寸几乎相等的大小。而第1凸部9b是通过在基部9a的表面涂覆导电性膏等来形成图案，因而其大小与构成外部电极9的结晶粒子的尺寸相比为相当大的尺寸。
因此，通过显微镜观察基部9a的表面及第1凸部9b的表面，能够在这些表面确认因表面光洁度引起的凹凸所包含的凸部，所以第1凸部9b和因表面光洁度引起的凹凸所包含的凸部能够容易区分。
另外，在图1中，虽然外部电极9分别位于层叠体7对置的2个侧面，但是外部电极9也可以分别位于层叠体7相邻的2个侧面，或者位于同一侧面。
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。图4A是第2实施方式所涉及的层叠型压电元件中的具备第1凸部的部分的侧视图。
在第2实施方式中，如图4A所示，作为第1凸部9b而设置为如下形状：与层叠方向S平行的方向的宽度和与层叠方向S正交的方向P的宽度大致相等的半球状的形状。另外，如图4A所示，在侧视元件1时，在基部9a和第1凸部9b的交界是曲线的情况下，抑制了应力局部集中于该交界的一部分。因此，能够使应力分散于宽范围内。
接着，对本发明的第3实施方式进行说明。图4B是第3的实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的侧视图。
如图4B所示，关于第1凸部9b而言优选，与层叠方向S平行的方向的纵向长L1相比，与层叠方向S正交的方向P的横向长L2大。在将外部电极9的基部9a向层叠体7进行烧结时，在外部电极9中因收缩向与层叠方向S正交的方向作用翘曲的应力。为此，通过具有上述形状的第1凸部9b，从而能够进一步提高第1凸部9b作为支柱的效果。
这里，在本说明书中，纵向长L 1及横向长L 2如下定义使用。
即，纵向长L 1是通过假设在外部电极9的基部9a的表面引出如下两条假设线时的两条假设线之间的间隔来定义的，所述两条假设线与层叠方向S正交且与第1凸部9b的外周相切。
另外，横向长L 2是通过假设在外部电极9的基部9a的表面引出如下两条假设线时的两条假设线之间的间隔来定义的，所述两条假设线与层叠方向S平行且与第1凸部9b的外周相切。另外，外部电极9的基部9a的表面是与形成有外部电极9的层叠体7的侧面实质地平行的平面。
接着，对本发明的第4实施方式进行说明。图4C是第4实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的侧视图。
如图4C所示，第1凸部9b还优选形成为，与层叠体7的层叠面平行、即第1凸部9b的长边方向与层叠方向S正交。通过具有这样的形状的第1凸部9b，从而能够进一步抑制外部电极9基部9a的向层叠方向S正交的方向P翘曲的收缩。
另外，如图1所示，第1凸部9b优选从外部电极9的宽度方向的一个端部形成到另一个端部。虽然外部电极9的宽度方向的一个端部及另一个端部比较容易剥离，但是因为在该部分有第1凸部9b，所以降低了外部电极9的宽度方向的一个端部及另一个端部从层叠体7剥离的可能性。
通过在外部电极9的宽度方向的一个端部及另一个端部形成有第1凸部9b，从而能够减小宽度方向上的上述翘曲的不平衡。为此，能够抑制应力集中于外部电极9的一部分。结果，进一步降低了产生外部电极9从层叠体7剥离的可能性。
接着，对本发明的第5实施方式进行说明。图5是第5实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的放大剖面图。
如图5所示，第1凸部9b优选按照与内部电极5的端部对置的方式配置在内部电极5的侧方。通过使抑制基部9a的翘曲、提高外部电极9和层叠体7的接合性的第1凸部9b位于内部电极5的侧方，从而能够提高内部电极5和外部电极9的接合性。因此，能够经由外部电极9稳定地向内部电极5施加电压，从而即使在长时间使用元件1的情况下也能抑制位移量的降低。
另外，如图1所示的第1实施方式，第1凸部9b优选在层叠方向S上并列配置多个。通过具有多个第1凸部9b，从而能够使应力分散于各自的第1凸部9b。另外，通过在层叠方向S上存在多个第1凸部9b，根据下述理由，能够在外部电极9的层叠方向S上的宽范围内抑制翘曲。
具体地说，在第1凸部9b为一个的情况下，越远离第1凸部9b越容易在外部电极9中产生翘曲。但是，在层叠方向S上具有多个第1凸部9b的情况下，因为2个第1凸部9b所夹持的部位，在层叠方向S的两端分别由第1凸部9b抑制了翘曲，所以能够在该部位整体大幅度地降低翘曲。即，这2个第1凸部9b是以相互作用的方式抑制外部电极9的翘曲，而不是以分别作用的方式抑制外部电极9的翘曲。
另外，第1凸部9b可以设置在层叠体7中的内部电极5的全部层数的1/2以下的每个层数，优选设置在全部层数的1/8以下的每个层数，更优选设置在全部层数的1/15以下的每个层数。通过第1凸部9b形成在层叠体7中的内部电极5的全部层数的1/2以下的每个层数，因为第1凸部9b数变多，所以能够减小外部电极9的层叠方向S上的接合强度的离散偏差。
另外，此时优选有规则地存在多个第1凸部9b，即按照一定规则配置多个。由此，通过有规则地具有多个第1凸部9b，从而能够使施加在层叠体7和外部电极9的接合面上的应力的离散偏差减小、能够抑制应力集中于层叠体7和外部电极9的接合面的一部分。因为能够减小层叠体7的内部的应力的离散偏差，所以能够减小在压电体层3或内部电极5产生裂缝的可能性。
这里，有规则地配置多个第1凸部9b是指如下概念：包括配置有多个第1凸部9b的所有间隔相同的情况，也包括以在层叠体7的侧面能够沿着层叠方向S大致均匀且坚固地接合外部电极9的程度，各第1凸部9b的配置间隔近似的情况。具体地说，第1凸部9b的配置间隔相对各第1凸部9b的配置间隔的平均值，优选在±20％的范围内，更优选在±15％的范围内，更优选所有都相同。第1凸部9b尤其优选规则地配置在压电位移量大、层叠体7的层叠方向S的中央部分。并且还可以是第1凸部9b的间隔向端部依次变窄或变宽的配置等。
另外，如图5所示的第5实施方式，外部电极9优选具有第2凸部9c，所述第2凸部9c在与第1凸部9b对应的位置向内侧突出。通过具有这样的第2凸部9c，从而外部电极9能够具有局部更大的厚度。为此，能够得到第1凸部9b及第2凸部9c作为支柱的效果。另外，在第2凸部9c埋入层叠体7的情况下，该第2凸部9c作为楔子起作用。为此，能够提高层叠体7和外部电极9的接合性。
接着，对本发明的第6实施方式进行说明。图6是第6实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的放大剖面图。
如图6所示，层叠体7优选具备低刚性层11，所述低刚性层11与压电体层3及内部电极5相比刚性低。低刚性层11与内部电极5及压电体层3相比刚性低。为此，在应力施加于元件1的情况下，低刚性层11优先断裂。由此，通过使低刚性层11断裂，能够减小施加于压电体层3及内部电极5上的应力，因此能够降低内部电极5或压电体层3破损的可能性。
在第6实施方式中，所谓低刚性层11是指，与压电体层3及内部电极5相比，层内的结合力和/或与相邻的层的结合力弱、刚性小的层。作为低刚性层11，具体举出如下的例子：通过与压电体层3及内部电极5相比刚性低的材质形成的层，或者与压电体层3及内部电极5相比含有较多空隙来减小层的刚性的层。
例如通过从与层叠方向S正交的方向P向元件1施加负荷，能够容易比较低刚性层11、压电体层3及内部电极5的刚性。具体地说，通过JIS3点弯曲试验(JIS R 1601)等，从与层叠方向S正交的方向P向元件1施加负荷，从而能够进行判断。在进行上述试验时，只要确认元件1在哪个部分断裂即可。而该断裂地方是元件1中刚性最低的地方。
因为第6实施方式的元件1具备低刚性层11，所以在进行JIS3点弯曲试验时，与压电体层3及内部电极5相比，在该低刚性层11、或低刚性层11和压电体层3的界面更容易引起断裂。为此，根据断裂的地方是压电体层3或内部电极5，还是低刚性层11或低刚性层11和压电体层3的界面，能够确认有无低刚性层11。
另外，在试验片小、无法利用上述JIS3点弯曲试验的情况下，只要根据以下的方法即可确认。即，以上述的JIS3点弯曲试验为基准，将元件1加工成长方形的棱柱来制作试验片。然后，将该试验片放置在按一定距离配置的2支点上。进一步，将负荷施加到支点间的中央的1点。从而，能够确认有无低刚性层11。
另外，如图6所示，第1凸部9b还优选至少配置在低刚性层11的侧方。如上述，通过使低刚性层11断裂，从而缓和了施加到元件1的应力。另一方面，因在低刚性层11产生的裂缝，在外部电极9中位于低刚性层11的侧方的部分相对地更容易产生裂缝。可是，在本实施方式中，通过使厚度大的第1凸部9b至少位于低刚性层11的侧方，从而能够降低因该裂缝的伸展引起的外部电极9断裂的可能性，尤其是基部9a断裂的可能性。
接着，对本发明的第7实施方式进行说明。图7A是第7实施方式所涉及的层叠型压电元件、与层叠方向S正交的面、包括低刚性层的剖面的剖面图。
如图7A所示，低刚性层11优选具有隔着空隙13相互隔离的多个金属部15。由于金属成分容易变形，所以缓和应力的效果大。另外，因为是与构成层叠方向S上相邻的压电体层3的压电体粒子不同的材质，所以在金属部15发生的裂缝容易残留到金属部15的内部或金属部15的表面。结果，能够抑制裂缝在压电体层3中伸展。
而且，通过多个金属部15隔着空隙13相互隔离，从而各金属部15更容易发生位移。另外，通过低刚性层11具有空隙13，从而能够更容易地使外部电极9的一部分进入到空隙13中。为此，因锚固效应(anchoreffect)能够更牢固地接合外部电极9和层叠体7的侧面。
接着，对本发明的第8实施方式进行说明。图7B是第8实施方式所涉及的层叠型压电元件、与层叠方向S正交的面、包括低刚性层的剖面的剖面图。
如图7B所示，低刚性层11具有隔着空隙13相互隔离的多个陶瓷部17，也是有效的。由于多个陶瓷部17隔着空隙13相互隔离，所以各陶瓷部17容易变形。为此，能够减小刚性、减小施加到压电体层3及内部电极5的应力。
另外，万一裂缝从低刚性层11伸展到在层叠方向S上相邻的内部电极5，由于低刚性层11由作为绝缘体的陶瓷部17构成，所以能够降低产生电短路的可能性。
而且，更优选陶瓷部17由与压电体层3相同的成分构成。因此，因为能够提高低刚性层11和压电体层3的接合性，所以容易维持元件1的外形。
接着，对本发明的第9实施方式进行说明。图8是第9实施方式所涉及的层叠型压电元件、具备第1凸部的部分的放大剖面图。
如图8所示，优选具有位于内部电极5及低刚性层11各自的侧方的多个第1凸部9b，位于低刚性层11的侧方的第1凸部9b的高度优选比位于内部电极5的侧方的第1凸部9b的高度大。
如上述，第1凸部9b位于侧方的部分通过该第1凸部9b抑制了翘曲，所以接合性高。另一方面，为了与内部电极5通电，需要提高内部电极5和基部9a的接合性。另外，在本实施方式中，在低刚性层11发生裂缝。然后，应力容易集中于层叠体7和外部电极9的接合性高的部分。为此，通过具有上述形式的第1凸部9b，从而由低刚性层11既能缓和应力又能提高内部电极5和外部电极9的接合性。另外，此时与第5实施方式同样地，优选具有在与第1凸部9b对置的位置向内侧突出的第2凸部9c。
接着，对本实施方式所涉及的层叠型压电元件1的制法进行说明。
首先，制作成为压电体层3的陶瓷生片(ceramic green sheet)。具体地说，对压电陶瓷的煅烧粉末、由丙烯系、丁缩醛系等的有机高分子构成的粘合剂和增塑剂进行混合，来制作生料(slurry)。然后，通过利用刮刀法(doctor blade method)或砑光辊法(calender roll method)等的带成型法，制作由生料构成的陶瓷生片。作为压电陶瓷，只要具有压电特性即可，例如可以采用由PbZrO3-PbTiO3等构成的钙钛矿型(perovskite)氧化物等。另外，作为增塑剂，可以采用DBP(邻苯二甲酸二丁酯：dibutylphthalate)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯：Dioctyl phthalate)等。
接着，制作成为内部电极5的导电性膏。具体地说，通过将粘合剂及增塑剂添加混合到银-钯合金等的金属粉末中，从而能制作导电性膏。利用丝网印刷法将该导电性膏配设到上述陶瓷生片上，并通过后述的方法进行烧制，从而能够形成压电体层3及内部电极5。
低刚性层11例如能够通过下述生料而构成：在与成为内部电极5的导电性膏相比添加了更多粘合剂的生料、与成为压电体层3的生料相比添加了更多粘合剂的生料、或者在成为内部电极5的导电性膏或成为压电体层3的生料中混入丙烯球的生料。
通过利用丝网印刷法将成为上述的低刚性层11的生料配设在陶瓷生片上，由此在烧制或脱脂的工序中粘合剂及丙烯球的飞散成分飞散，所以能够形成隔着空隙13相互隔离的金属部15或陶瓷部17。
并且，形成低刚性层11的方法并不限定于上述方法。例如，通过变更丝网的网眼的度数或图案形状也能形成上述形态的低刚性层11。
另外，为了不使导电性膏通过丝网而进行遮掩(masking)，同样地导电性膏的通过不充分，所以能够形成上述的低刚性层11。因为椭圆或圆形等的大致圆形缓和应力的效果好，所以掩模的开口部的形状优选这些形状。
然后，在层叠型压电元件1的外表面形成外部电极9，以使能够与露出端部的压电体层3导通。该外部电极9，通过在银粉末和玻璃粉末中添加粘合剂来制作银玻璃膏，并对此进行印刷、干燥粘结或烧结而能够得到。
为了形成第1凸部9b，在成为基部9a的部分丝网印刷银玻璃导电性膏之后，只要在成为第1凸部9b的部分再次丝网印刷银玻璃导电性膏即可。即，作为形成第1凸部9b的方法之一，只要利用遮掩了第1凸部9b以外的部分的丝网即可。
为了形成第2凸部9c，利用切割等装置，在层叠型压电元件1的外表面的形成第2凸部9c的位置形成槽，通过在其上丝网印刷银玻璃导电性膏，从而能够在该槽部配设银玻璃导电性膏，形成第2凸部9c。
另外，在隔着空隙13设置具备金属部15或陶瓷部17的低刚性层11的情况下，根据毛细现象，银玻璃导电性膏的一部分被填充到空隙13的一部分中。由此，能够形成第2凸部9c。此时，为了容易地将银玻璃导电性膏填充到空隙13，优选银玻璃导电性膏的烧结温度是银玻璃导电性膏中含有的玻璃成分的软化点以上的温度。
接着，将形成了外部电极9的层叠体7浸渍到含有由硅橡胶构成的外装树脂的树脂溶液中。然后，通过对树脂溶液进行真空除气，从而能使硅树脂紧贴于层叠体7的外周侧面的凹凸部，然后从树脂溶液中取出层叠体7。由此，硅树脂被涂敷到层叠体7的侧面。然后，利用导电性粘结剂等将作为通电部的引线连接到外部电极9上。
通过将0.1～3kV/mm的直流电压施加到一对外部电极9上并对层叠体7进行极化处理，从而完成了本实施方式的层叠型压电元件1。通过经由引线连接外部电极9和外部的电源，将电压施加到压电体层3上，从而能根据逆压电效应使各压电体层3位移较大。由此，例如能作为向发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀而发挥作用。
接着，对本发明的一个实施方式所涉及的喷射装置进行说明。图9是表示本发明的一个实施方式所涉及的喷射装置的概略剖面图。
如图9所示，本实施方式的喷射装置19，在一端具有喷射孔21的收纳装置23的内部收纳了上述实施方式所代表的元件1。
在收纳装置23内配设了能开闭喷射孔21的针形阀25。喷射孔21被配设成根据针形阀25的移动可与流体通路27连通。该流体通路27与外部的流体供给源连接，在始终高压下流体被提供给流体通路27。因此，若针形阀25打开喷射孔21，则提供给流体通路27的流体被喷出到外部或相邻的容器，例如内燃机的燃料室内(未图示)。
另外，针形阀25的上端部直径变大，在收纳装置23中配置形成的气缸29及能够滑动的活塞31。另外，在收纳装置23内收纳了上述元件1。
在这种喷射装置19中，若元件1被施加电压而伸长，则按压活塞31，针形阀25关闭喷射孔21，从而停止了流体的供给。另外，若停止电压的施加，则元件1收缩，碟形弹簧33将活塞31推回去，喷射孔21与流体通路27连通从而进行流体的喷射。
另外，也可以采用如下构成：通过向元件1施加电压来打开流体流路33，通过停止电压的施加来关闭流体流路33。
另外，本发明的喷射装置19也可以构成为：具备具有喷射孔21的容器和上述元件1，通过元件1的驱动而使填充到容器内的流体从喷射孔21吐出。即，元件1不一定需要处于容器的内部，只要以通过元件1的驱动向容器的内部施加压力的方式构成即可。另外，在本发明中，所谓流体除了包括燃料、墨水等以外，还包括各种液状液体(导电性膏等)及气体。通过利用喷射装置19，从而能够控制流体的流量及喷出定时。
如果将采用了本实施方式的元件1的喷射装置19用于内燃机，则与现有的喷射装置19相比，能够向发动机等的内燃机的燃料室更长时间、更高精度地喷射燃料。
接着，对本发明的一个实施方式所涉及的燃料喷射系统进行说明。图10是表示本发明的一个实施方式所涉及的燃料喷射系统的概略图。
如图10所示，本实施方式的燃料喷射系统35具备：蓄积高压流体的共轨37、喷射蓄积在该共轨37中的流体的多个上述喷射装置19、向共轨37供给高压流体的压力泵39、和向喷射装置19给予驱动信号的喷射控制单元41。
喷射控制单元41基于外部信息或来自外部的信号来控制流体喷射的量或定时。例如，在将喷射控制单元用于发动机的燃料喷射的情况下，能够一边利用传感器等感测发动机的燃烧室内的状况一边控制燃料喷射的量或定时。压力泵39发挥如下作用：在高压下将流体燃料从燃料罐43送入共轨37。例如，在发动机的燃料喷射系统的情况下，在1000～2000气压(约101MPa～约203MPa)左右、优选1500～1700气压(约152MPa～约172MPa)左右下，将燃料送入共轨37。在共轨37中蓄积从压力泵39送来的燃料，并适当地送入喷射装置19。喷射装置19如上述将从喷射孔21喷射出的一定的流体从喷射装置19喷射到外部或相邻的容器中。例如，在发动机的情况下，将燃料以雾状的方式喷射到燃烧室内。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，只要在不脱离本发明宗旨的范围内都能进行各种变更。
【实施例】
如下制作具备层叠型压电元件1的压电执行元件。首先，制作了如下生料：该生料混合了以平均粒径0.4μm的锆酸铅-钛酸铅(PbZrO3-PbTiO3)作为主要成分的压电陶瓷的煅烧粉末、粘合剂及增塑剂。利用该生料，采用刮刀法制作出成为厚度150μm的压电体层3的陶瓷生片。
另外，在银-钯合金中添加粘合剂，制作了成为内部电极5的导电性膏A。进一步，在导电性膏A中添加了平均粒径0.5μm的丙烯球，使其相对银-钯合金100体积％为200体积％。由此，制作出导电性膏B，所述导电性膏B成为具备隔着空隙13相互隔离的金属部15的低刚性层11。
在上述陶瓷生片的单面通过丝网印刷法印刷导电性膏A或导电性膏B。另外，层叠300枚印刷有这些导电性膏A、B的薄片。然后，通过在980～1100℃下烧制而得到了层叠体7。
在样品号码1及2中，在上述陶瓷生片的单面通过丝网印刷法印刷厚度4μm的导电性膏A。然后，层叠300枚印刷有该导电性膏A的陶瓷生片。进而，通过在980～1100℃下烧制而得到了层叠体7。
另外，在样品号码3中，在上述陶瓷生片的单面通过丝网印刷法印刷厚度4μm的导电性膏A或导电性膏B。然后，层叠300枚印刷有这些导电性膏A、B的陶瓷生片，使得在印刷有导电性膏A的陶瓷生片的每20层配设印刷有导电性膏B的陶瓷生片。进一步，通过在980～1100℃下烧制而得到了层叠体7。
接着，通过在平均粒径2μm的银粉末、和剩余部分以平均粒径2μm的硅作为主要成分的软化点为650℃的玻璃粉末的混合物中添加粘合剂，从而制作出成为外部电极9的银玻璃膏。然后，在层叠体7的侧面通过丝网印刷而配设30μm的厚度的银玻璃膏。
另外，在样品号码2及3中，通过在第1凸部9b所处的部分再次印刷银玻璃膏，从而形成了7μm的厚度的第1凸部9b。然后，通过在700℃下进行30分钟的烧结，从而形成了外部电极9。
另外，在样品号码3中，由于具备了具有空隙13的低刚性层11，所以银玻璃膏埋入相当于低刚性层11的部分而形成了向内侧突出的第2凸部9c。
然后，在外部电极9上连接引线，在正极及负极的外部电极9经由引线施加15分钟3kV/mm的直流电场，进行极化处理。由此，制作出利用了层叠型压电元件1的压电执行元件。在向所得到的压电执行元件施加160V的直流电压时，在层叠方向S上得到位移量40μm。而且，进行了如下的试验：在室温下以150Hz的频率对该压电执行元件施加0V～+160V的交流电压，直到连续驱动1×109次及1×1010次为止。在表1中示出所得到的结果。
表1
在样品号码1的压电执行元件中，外部电极9的外表面平坦，且没有第1凸部9b。然后，如表1所示，在驱动1×109次后，位移量从40μm降到30μm。
这是由于，在样品号码1的压电执行元件中，在外部电极9没有第1凸部9b，所以外部电极9的一部分从层叠体7的侧面剥离了。由此，在内部电极5的一部分与外部电极9之间产生断线，由于电压没有供给一部分的压电体层3，所以位移量降低了。
另一方面，对于样品号码2及3而言，在外部电极9中具有第1端部9b。为此，能够提高层叠体7和外部电极9的接合强度。实际上，即使在驱动1×109次后，也未确认位移量降低，都能够得到与连续驱动试验前相同的位移量40μm。
另外，在连续驱动到1×1010次的试验后，对于样品号码1而言，位移量降低到10μm。另外，对于样品号码2而言，位移量降低到35μm。另一方面，对于具有第1凸部9b及第2凸部9c的样品号码3而言，在连续驱动到1×1010次的试验后，也未确认位移量降低。由此可知，样品号码3与样品号码2相比，具有更高的耐久性。
Claims (12)
1.一种层叠型压电元件，具备：
层叠体，其具有多个压电体和多个内部电极，且所述压电体和所述内部电极交替层叠；和
外部电极，其形成在该层叠体的侧面，
其特征在于，所述外部电极具有：
基部；和
第1凸部，其从该基部向外侧突出，
所述第1凸部的纵向长比横向长小，所述纵向长是通过在所述基部的表面与层叠方向正交且与所述第1凸部的外周相切的两条直线间的间隔来定义的，所述横向长是通过在所述基部的表面与层叠方向平行且与所述第1凸部的外周相切的两条直线间的间隔来定义的。
2.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述第1凸部的长边方向与层叠方向正交。
3.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述第1凸部从所述基部的一个端部延伸到另一个端部。
4.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述第1凸部形成为与所述内部电极的端部对置。
5.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述第1凸部在层叠方向上并列配置多个。
6.根据权利要求5所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述多个第1凸部按照一定规则配置。
7.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述外部电极具有第2凸部，该第2凸部在与所述第1凸部对应的位置向内侧突出。
8.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述层叠体具备低刚性层，所述第1凸部至少位于所述低刚性层的侧方，其中所述低刚性层与所述压电体层及所述内部电极平行且与所述压电体层及所述内部电极相比刚性低。
9.根据权利要求8所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述低刚性层具有隔着空隙相互隔离的多个金属部。
10.根据权利要求8所述的层叠型压电元件，其特征在于，
在所述内部电极及所述低刚性层各自的侧方具有所述第1凸部，位于所述低刚性层的侧方的所述第1凸部的高度，比位于所述内部电极的侧方的所述第1凸部的高度大。
11.一种喷射装置，其特征在于，具备：
权利要求1所述的层叠型压电元件；和
喷射孔，
通过所述层叠型压电元件的驱动使液体从所述喷射孔吐出。
12.一种燃料喷射系统，其特征在于，具备：
共轨，其具备高压燃料；
权利要求11所述的喷射装置，其喷射蓄积在该共轨中的燃料；和
喷射控制系统，其对所述喷射装置给予驱动信号。
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