CN102113142A

CN102113142A - 层叠型压电元件、使用该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射系统

Info

Publication number: CN102113142A
Application number: CN2009801298354A
Authority: CN
Inventors: 中村成信
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: JP5329544B2; CN102113142B; JPWO2010013670A1; EP2333858B1; US20110155104A1; US8578911B2; EP2333858A4; EP2333858A1; WO2010013670A1

Abstract

本发明提供一种耐久性良好的层叠型压电元件，即便在高电场且高压力下长期连续驱动，外部电极自层叠体侧面剥离的可能性也小。该层叠型压电元件(1)在交替层叠有压电体层(3)与内部电极层(5)的层叠体(7)的侧面和与该侧面接合的外部电极(9)之间的接合界面形成有空孔(2)。利用空孔(2)，可以降低驱动时在层叠体(7)的侧面和外部电极(9)之间的接合界面所产生的应力，因此，即便在使层叠型压电元件长期连续驱动的情况下，外部电极(9)自层叠体(7)侧面剥离的可能性也小。

Description

层叠型压电元件、使用该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射系统

技术领域

本发明涉及例如用于驱动元件(压电执行器)、传感器元件及电路元件的层叠型压电元件。作为驱动元件，例如例举机动车发动机的燃料喷射装置、喷墨头那样的液体喷射装置、光学装置那样的精密定位装置、防振装置。作为传感器元件，例如例举燃烧压敏传感器、爆震传感器、加速度传感器、负载传感器、超声波传感器、压敏传感器及偏航速率传感器。另外，作为电路元件，例如例举压电陀螺仪、压电开关、压电变压器及压电断路器。

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所公开的那样，使用由具有银等导电材料和玻璃的导电膏构成且粘附于层叠体侧面的外部电极。通过将该导电膏涂覆于层叠体的侧面并进行烧结而形成外部电极。

希望层叠型压电元件在发展小型化的同时能够在高压力下确保大的位移量。因此，要求其能够在被施加更高的电场且使其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

但是，对于使用专利文献1所公开的外部电极的层叠型压电元件而言，当在高电场、高压力或长时间的连续驱动之类的苛刻的条件下使用时，有可能导致外部电极的局部自层叠体的侧面剥离。

这是因为，当通过施加电压而使层叠体沿层叠方向伸长及收缩时，在层叠体和外部电极之间的接合界面产生应力。即，当在高电场下使层叠型压电元件长时间连续驱动时，在层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面反复产生应力，在该应力的作用下会产生如下问题：外部电极的局部自层叠体的侧面剥离，不能从外部电极向一部分压电体供给电压而使位移特性降低。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而作出的，其目的在于提供一种在上述苛刻的条件下使用时能够改善位移量降低这种不良情况的层叠型压电元件。

本发明的层叠型压电元件的特征在于，包括：交替层叠有压电体层和内部电极层的层叠体；与该层叠体的侧面接合且与所述内部电极层电连接的外部电极，在所述层叠体的侧面和所述外部电极之间的接合界面形成有空孔。

另外，本发明的层叠型压电元件在上述构成的基础上，其特征在于，所述空孔具有所述层叠体的侧面的面方向长的扁平形状。

另外，本发明的层叠型压电元件在上述各构成的基础上，其特征在于，所述空孔形成于所述层叠体的侧面中的所述压电体层的部位。

另外，本发明的层叠型压电元件在上述各构成的基础上，其特征在于，所述外部电极在与所述压电体层接合的接合面的表层部形成有玻璃层。

另外，本发明的层叠型压电元件在上述各构成的基础上，其特征在于，所述空孔形成于所述层叠体的侧面中的彼此相邻的所述内部电极层之间的所述压电体层的部位。

另外，本发明的层叠型压电元件在上述各构成的基础上，其特征在于，所述空孔形成有多个。

另外，本发明的层叠型压电元件在上述各构成的基础上，其特征在于，所述空孔是封闭的空间。

本发明的喷射装置的特征在于，包括上述任一项所述的本发明的层叠型压电元件和喷射孔，蓄积于所述容器内的液体在所述层叠型压电元件的驱动下自所述喷射孔喷出。

本发明的燃料喷射系统的特征在于，包括：具有高压燃料的共轨；将蓄积于该共轨的所述高压燃料喷射的上述本发明的喷射装置；向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵；以及向所述喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元。

根据本发明的层叠型压电元件，由于在层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面形成有空孔，因此，可以藉由空孔的存在而降低层叠体伸长及收缩时在层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面产生的应力，故可以有效防止外部电极的局部自层叠体的侧面剥离，从而可以防止产生层叠体的位移特性降低这样的问题。

另外，根据本发明的喷射装置，作为使蓄积于容器内的液体自喷射孔喷出的层叠型压电元件而具有本发明的层叠型压电元件，因此，可以防止在层叠型压电元件中外部电极的局部自层叠体的侧面剥离，从而可以防止层叠体的位移特性降低，故可以长期稳定地进行液体的所希望的喷射。

并且，根据本发明的燃料喷射系统，作为将蓄积于共轨的高压燃料喷射的装置而具有本发明的喷射装置，因此，可以长期稳定地进行高压燃料的所希望的喷射。

附图说明

图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的一例的立体图。

图2是本发明的层叠型压电元件的实施方式的一例、是表示平行于层叠体的层叠方向的截面的剖面图。

图3是图2所示的层叠型压电元件的层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面附近的放大剖面图。

图4是表示在外部电极的与层叠体的侧面相接合的接合部的表层部形成有玻璃层的示例的剖面放大图。

图5是表示本发明的喷射装置的实施方式的一例的简略剖面图。

图6是表示本发明的燃料喷射系统的实施方式的一例的简略结构图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的层叠型压电元件的实施方式的示例。

图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的一例的立体图。图2是表示图1所示的层叠型压电元件的与层叠体的层叠方向平行的截面的剖面图。图3是图2所示的层叠型压电元件的层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面附近的放大剖面图。

如图3所示，本实施例的层叠型压电元件1包含：交替层叠有压电体层3和内部电极层5的层叠体7；与该层叠体7的侧面接合并与内部电极层5电连接的外部电极9，在层叠体7的侧面和外部电极9之间的接合界面，形成有使层叠体7的侧面和外部电极9的接合面分离的空孔2。

这样，通过在外部电极9和层叠体7之间的接合界面设置空孔2，可以藉由空孔2的存在而降低层叠体7伸长及收缩时在层叠体7和外部电极9之间的接合界面反复产生的应力，由此，可以抑制因应力而导致的外部电极9的局部自层叠体7的侧面剥离的情况。

该空孔2介于层叠体7和外部电极9之间，并在其所处部分使层叠体7的侧面和外部电极9的接合面分离。空孔2的从外部电极9侧看到的形状并未特别限定，例如只要是圆形或椭圆形之类的形状即可。而且，作为空孔2的大小，在外部电极9的厚度例如为10～50μm时，空孔2的厚度(外部电极9的厚度方向的大小)优选为0.1～5μm左右，若从外部电极9侧看到的大小为圆形，则空孔2的直径(从外部电极9侧看到的大小)优选为0.5～50μm左右。

另外，空孔2优选为层叠体7的侧面的面方向长的扁平形状。即，因空孔2的形状为层叠体7的侧面的面方向长的扁平形状，故可以增大在层叠体7与外部电极9之间的接合界面上空孔2所占面积的比例，因此，不用过度增厚外部电极9的厚度，即可有效降低在外部电极9和层叠体7的侧面之间产生的应力。

在此，层叠体7的侧面的面方向指的是平行于层叠体7的侧面的方向。因此，并非表示上下方向或左右方向等特定方向。即，平行于层叠体7侧面的方向都称为层叠体7的侧面的面方向。因此，例如既可以是层叠体7的层叠方向长的扁平形状，也可以是与层叠体7的层叠方向正交的方向长的扁平形状，还可以是除此之外的方向长的扁平形状。在此，与层叠体7的层叠方向正交的方向指的是，在图1所示的层叠体7的侧面，沿着自层叠体7的侧面露出的内部电极层5的方向。

对于层叠体7的侧面的面方向长的扁平形状的空孔2而言，当从外部电极9侧看为圆形时，优选该空孔2的厚度为0.5～5μm左右，从外部电极9侧看到的直径为0.5～50μm左右，空孔2的直径大小为空孔2厚度的两倍以上。

通过将空孔2的大小设定在上述范围内，可以更有效地降低在外部电极9和层叠体7的侧面之间产生的应力。

另外，当空孔2为层叠体7的侧面的面方向长的形状时，其长的方向既可以是沿层叠体7的层叠方向长，也可以是沿与层叠方向正交的方向长。其中，从有效分散因层叠体7的伸缩而产生的应力这方面来看，优选该空孔的形状为沿与层叠体7的层叠方向正交的方向长的形状。另外，也可以使沿层叠体7的层叠方向长这种形状的空孔2和沿与层叠方向正交的方向长这种形状的空孔2混在一起。

空孔2优选形成为在层叠体7侧面的压电体层3的部位与压电体层3相接。这样，通过将空孔2的形成部位设定为层叠体7侧面的压电体层3的部位，能够在很好地保持外部电极9和内部电极层5之间的导通连接的状态下，降低在外部电极9和层叠体7的侧面之间产生的应力。这样，当空孔2形成于层叠体7侧面的压电体层3的部位时，空孔2的形状优选为沿压电体层3侧面的方向长的扁平形状，使得外部电极9的厚度不会在局部不必要地增厚。即，空孔2的形状为在沿压电体层3的侧面的方向上长且在压电体层3和外部电极9之间的厚度薄的扁平形状，由此，包含外部电极9厚度在内的层叠体7的尺寸偏差变小，从而可以提供尺寸精度高的层叠型压电元件1。

而且，如图4中与图3相同的放大剖面图所示，外部电极9优选在与层叠体7的压电体层3接合的接合面的表层部形成有玻璃层10。图4是表示在外部电极9的与层叠体7的压电体层3接合的接合面的表层部形成有玻璃层10的示例的放大剖面图。即，将与压电体层3的接合强度高的玻璃层10，形成于构成与层叠体7侧面中的压电体层3接合的接合面的外部电极9的表层部(与外部电极9的最靠近层叠体7侧的表面相当的层状的部位)，相对于形成有空孔2的部位之外的压电体层3，可以使外部电极9向层叠体7的侧面接合的接合强度更牢固。

这样，为了在与层叠体7侧面中的压电体层3接合的接合面的外部电极9的表层部形成玻璃层10，在形成外部电极9的银玻璃导电膏所包含的玻璃成分的软化温度以上的温度下进行外部电极9的烧结即可。

并且，为了有效形成玻璃层10，形成具有将银玻璃导电膏的层重叠两层以上这种构造的外部电极9并进行烧结即可。在该情况下，对于在最靠近层叠体7的侧面侧形成的银玻璃导电膏的层而言，与其他银玻璃导电膏的层相比，增大玻璃的含有率即可。由此，在使用与压电体层3的润湿性好的玻璃成分作为银玻璃导电膏的玻璃成分的情况下，当对由形成外部电极9的多层银玻璃导电膏的层构成的构造体进行烧结时，银玻璃导电膏中的玻璃成分软化，并流动到层叠体7侧面中的压电体层3的侧面侧。因此，在烧结时可以使玻璃成分偏析到与层叠体7的压电体层3接合的接合面。其结果是，可以在外部电极9的与层叠体7侧面中的压电体层3接合的接合面的表层部有效形成玻璃层10。

为了在外部电极9上形成玻璃层10，作为银玻璃导电膏所含有的玻璃成分，可以使用软化温度为600～950℃的石英玻璃、钠钙玻璃、碱性硅酸铅玻璃、硼硅酸铝玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。另外，优选外部电极9中的、形成于最靠近层叠体7的侧面侧的银玻璃导电膏的层所含有的玻璃成分的量为5～20质量％左右，其他层所含有的玻璃成分的量为0.01～5质量％左右。

另外，为了使内部电极层5及外部电极9很好地电连接，优选银玻璃导电膏中银粒子的含有量为80～95质量％左右。由此，即便在形成有玻璃层10的情况下，也可以很好地确保外部电极9与内部电极层5的电连接。

另外，对于玻璃层10的厚度而言，若例如相对于外部电极9的厚度为10～50μm，相应地将玻璃层10的厚度设为1～5μm，为外部电极9的厚度的十分之一左右，则在有效提高外部电极9与层叠体7的侧面的接合强度方面是优选的。

另外，在图4中，示出空孔2位于外部电极9的表层部即玻璃层10与层叠体7之间的界面的示例，但形成有玻璃层10时的空孔2也可以相对于玻璃层10而位于靠近外部电极9的位置，只要形成为通过与层叠体7的侧面相接而位于层叠体7的侧面和外部电极9之间的接合界面并可降低层叠体7和外部电极9之间的应力即可。

并且，空孔2优选形成于层叠体7侧面的彼此相邻的内部电极层5之间的压电体层3的部位、即层叠体7侧面中的压电体层3侧面的部位。由此，能够在很好地保持外部电极9和内部电极层5之间的导通的状态下，有效降低在外部电极9和层叠体7的侧面之间产生的应力。这样，在空孔2形成于层叠体7侧面的彼此相邻的内部电极层5之间的压电体层3的部位的情况下，优选空孔2的形状为在彼此相邻的内部电极层5之间沿着它们之间的压电体层3的侧面的方向长的扁平形状，使得外部电极9的厚度不会在局部不必要地增厚。处于该情况下的空孔2只要例如是沿着压电体层3的细长带状，其宽度为压电体层3的厚度以下且压电体层3和外部电极9之间的厚度薄的扁平形状即可。

另外，空孔2相对于外部电极9仅形成一个时未必够用，因此，优选在层叠体7的侧面和外部电极9之间的接合界面形成多个空孔2。通过形成多个空孔2，可以提高外部电极9和层叠体7的侧面之间的应力降低效果，即便在高电场下使层叠型压电元件1高速连续驱动，也能够更有效地防止产生外部电极9的局部自层叠体7的侧面剥离而导致位移特性降低这样的问题。所形成的多个空孔2的个数密度优选为50～1000个/mm²左右。而且，在层叠体7的侧面和外部电极9之间的接合界面，空孔2所占的面积的比例优选为0.1～5％左右。通过将空孔2的个数密度及占有面积比例设定在该范围内，可以在确保外部电极9和层叠体7的侧面之间的接合强度的同时进一步提高应力降低效果。

当形成有多个空孔2时，在空孔2形成于内部电极层5之间的压电体层3的部位的情况下，优选至少在各内部电极层5之间的压电体层3的部位存在一个以上的空孔2。由此，在各内部电极层5之间的压电体层3的各个部位可以缓和应力。另外，优选在层叠体7的层叠方向及与层叠方向正交的方向上，空孔2都大致均匀地分布。由此，在空孔2所分布的整个范围都能够缓和应力。

并且，空孔2优选为封闭的空间。通过将空孔2形成为封闭的空间，存在于该封闭的空间内的空气起到缓冲器的作用，可以有效防止空孔2因由外力产生的应力而被压坏，可以在较长期间内降低在外部电极9和层叠体7的侧面之间产生的应力。另外，作为空孔2不是封闭的空间的情况，存在如下情况：空孔2的局部在外部电极9的大气侧的表面露出而使空孔2在外部电极9的表面具有开口的情况、或空孔2形成于外部电极9的外周缘部而使空孔2在外部电极9的外周缘具有开口的情况等。另外，若空孔2为封闭的空间，则也可以构成为多个空孔2以相连接的状态作为整体形成封闭的空间。在该情况下也能进一步提高如下效果，即降低在外部电极9和层叠体7的侧面之间产生的应力。

接着，对本实施例的层叠型压电元件1的制法进行说明。

首先，制作构成压电体层3的陶瓷生片(セラミツクグリ一ンシ一ト)。具体而言，将压电陶瓷的准烧成粉末、由丙烯系、丁醛系等有机高分子构成的结合剂(バインダ一)以及增塑剂混合来制作浆料。接着，通过使用刮板法或压延辊法等带成型法，将该浆料制作成陶瓷生片。作为压电陶瓷，只要具有压电特性即可，例如可以使用由PbZrO₃-PbTiO₃等构成的钙钛矿型氧化物等。另外，作为增塑剂，可以使用DBP(邻苯二甲酸二丁脂)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)等。

接着，制作构成内部电极层5的导电膏。具体而言，通过向银-钯(Ag-Pd)的金属粉末中添加并混合结合剂及增塑剂，可以制作导电膏。在上述陶瓷生片上，使用丝网印刷法按照内部电极层5的图案配设该导电膏。并且，将印刷有该导电膏的多片陶瓷生片层叠，在规定的温度下进行脱结合剂处理，之后在900～1200℃的温度下进行烧成，由此能够形成具有交替层叠的压电体层3及内部电极层5的层叠体7。

层叠体7并不限于由上述制法来制作，只要能够制作将多个压电体层3和多个内部电极层5交替层叠而构成的层叠体7，可以通过任意的制法来形成。

接着，对烧成而得到的层叠体7，使用平面磨床等进行磨削以形成规定的形状。

此后，将在以银为主成分的导电剂粉末及玻璃粉末中添加结合剂、增塑剂及溶剂而制作的银玻璃导电膏，按照外部电极9的图案通过丝网印刷等印刷在层叠体7的侧面。此后，在规定的温度下干燥并进行烧结，从而可以形成外部电极9。

在此，为了在接合界面形成通过夹在层叠体7的侧面与外部电极9的接合面之间而使其分离的空孔2，在将烧结后成为外部电极9的银玻璃导电膏印刷到将形成外部电极9的层叠体7侧面之前，可以预先在想要形成空孔2的部分涂覆在外部电极9烧结时被烧光(消失)的空孔材料。即，按照空孔2的大小及形状，将由在外部电极9烧结时燃烧而消失的材质构成的空孔材料印刷到层叠体7的侧面，在其上印刷形成外部电极9的银玻璃导电膏并进行烧结，由此，通过烧结时空孔材料燃烧消失而能够在层叠体7的侧面和外部电极9之间的接合界面形成所希望的空孔2。

在此，作为空孔材料，优选碳粉末或由丙烯珠等有机树脂构成的珠等。将通过向这些空孔材料中添加并混合结合剂而得到的空孔材料膏利用丝网印刷或喷墨印刷等预先涂覆到层叠体7侧面的想要形成空孔2的部分，此后，印刷成为外部电极9的银玻璃导电膏并进行烧结，由此可以在层叠体7的侧面和外部电极9之间的接合界面的所希望的部位形成空孔2。

另外，具有层叠体7侧面的面方向长的扁平形状的空孔2也可以通过如下方式而得到，即在空孔材料中使用扁平的丙烯珠并以平行于面方向配置的方式进行涂覆。

另外，为了在层叠体7的侧面和外部电极9之间的接合界面形成空孔2，也可以通过以下方式形成。

例如，在使用成形为规定的形状及大小后粘附到层叠体7的部件作为外部电极9时，可以采用如下方法：将外部电极9表面中的与层叠体7的侧面相接的面构成形成有与空孔2相当的凹部的粗糙面。例如，可以采用通过喷砂等将外部电极9的面加工成粗糙面的方法。在该情况下，在外部电极9表面中的与层叠体7的侧面相接的面上形成有很多微小的凹部。因此，若使通过该喷砂等而加工成粗糙面的外部电极9的面与层叠体7的侧面抵接，则空气容易进入外部电极9的面中的存在微小凹部的部分，故在将外部电极9向层叠体7侧面接合后，在接合界面形成有空孔2。

而且，当通过利用喷砂对外部电极9的与层叠体7接合的接合面进行加工而在层叠体7的侧面和外部电极9之间的接合界面形成空孔2时，通过调节用于进行喷砂的粒子的大小，可以在一定程度上调节空孔2的大小，因此是优选的。

接着，将形成有外部电极9的层叠体7浸渍于包含由硅酮橡胶构成的外装树脂的树脂溶液中。接下来，通过对硅酮树脂溶液进行真空脱气，使硅酮树脂与层叠体7外周侧面的凹凸部紧贴，此后，自硅酮树脂溶液提起层叠体7。由此，在形成有外部电极9的层叠体7的侧面涂覆有硅酮树脂。接着，作为通电部，利用导电性粘结剂等将引线与外部电极9连接。

此后，向一对外部电极9施加0.1～3kV/mm的直流电压，对构成层叠体7的压电体层3进行极化，由此完成本实施例的层叠型压电元件1。根据该层叠型压电元件1，经由引线将外部电极9和外部的电源连接而向压电体层3施加电压，由此可以使各压电体层3利用逆压电效应较大地位移。由此，能够作为例如向发动机喷射供给燃料的机动车用燃料喷射阀起作用。

接着，说明本发明的喷射装置的实施方式的一例。图5是表示本发明的喷射装置的实施方式的一例的简略剖面图。

如图5所示，本实施例的喷射装置19在一端具有喷射孔21的收纳容器23的内部收纳有以上述实施方式的示例为代表的本发明的层叠型压电元件1。

在收纳容器23内配设有能够对喷射孔21进行开闭的针阀25。在喷射孔21中，流体通路27被配设成能够根据针阀25的移动而连通。该流体通路27与外部的流体供给源连结，总是以高压将流体供给至流体通路27。因此，当针阀25使通向喷射孔21的流体通路27敞开时，供给至流体通路27的流体自喷射孔21喷出到外部或相邻的容器、例如内燃机的燃料室(未图示)内。

另外，针阀25的上端部的内径变大，且配置有形成于收纳容器23中的缸体29和能够滑动的活塞31。而且，在收纳容器23内，收纳有如前所述的本发明的层叠型压电元件1。

对于如上所述的喷射装置19而言，若层叠型压电元件1被施加电压而伸长，则活塞31被按压，针阀25将通向喷射孔21的流体通路27封闭，停止供给流体。另外，若停止施加电压，则层叠型压电元件1收缩，碟形弹簧33将活塞31推回去，从而使流体通路27敞开并使喷射孔21与流体通路27连通，自喷射孔21进行流体的喷射。

另外，也可构成为，通过向层叠型压电元件1施加电压以使流体流路27敞开，且通过停止施加电压以将流体流路27封闭。

另外，本发明的喷射装置19也可构成为：包括具有喷射孔21的容器和本发明的层叠型压电元件1，并且，填充于容器内的流体在层叠型压电元件1的驱动下自喷射孔21喷出。即，层叠型压电元件1不一定需要收纳于容器的内部，只要构成为在层叠型压电元件1的驱动下对容器的内部施加用于控制流体的喷射的压力即可。另外，在本发明中，对流体而言，除燃料或油墨等之外，包括各种液状流体(导电膏等)及气体。通过使用本发明的喷射装置19，可以长期稳定地控制流体的流量及喷出时机。

若将采用了本发明的层叠型压电元件1的本发明的喷射装置19用于内燃机，则与现有的喷射装置相比，可以在更长期间将燃料高精度地喷射到发动机等内燃机的燃烧室。

接着，说明本发明的燃料喷射系统的实施方式的一例。图6是表示本发明的燃料喷射系统的实施方式的一例的简略结构图。

如图6所示，本实施例的燃料喷射系统35具有：蓄积作为高压流体的高压燃料的共轨37、将蓄积于该共轨37的高压流体喷射的多个本发明的喷射装置19、向共轨37供给高压流体的压力泵39以及向喷射装置19提供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，控制高压流体的喷射的量及时机。例如，在将喷射控制单元41用于发动机的燃料喷射时，可以一边利用传感器等对发动机的燃烧室内的状况进行感知，一边控制燃料喷射的量及时机。压力泵39起到自燃料箱43将流体燃料以高压供给到共轨37的作用。例如，在发动机的燃料喷射系统35的情况下，以1000～2000大气压(约101MPa～约203MPa)左右、优选以1500～1700(约152MPa～约172MPa)大气压左右的高压将流体燃料送入共轨37。在共轨37中，蓄积自压力泵39送来的高压燃料，并适当送入喷射装置19。喷射装置19如前所述地自喷射孔21将一定的流体喷射到外部或相邻的容器。例如，当喷射供给燃料的对象为发动机时，将高压燃料自喷射孔21以雾状喷射到发动机的燃烧室内。

另外，本发明并不限于上述实施方式的示例，在不脱离本发明主旨的范围内能够进行各种变更。例如，外部电极9并不限于图1及图2的示例所示的分别形成于层叠体7的对置的侧面，也可以将两个外部电极9形成于层叠体7的相邻的侧面，还可形成于层叠体7的同一侧面。另外，层叠体7的与层叠方向正交的方向上的截面形状，除上述实施方式的作为示例的四边形之外，也可以是六边形或八边形等多边形、圆形、或将直线和圆弧组合的形状。另外，也可以在外部电极9的外侧设置用于流过大电流的导电性辅助部件。该导电性辅助部件由金属制的线材或网、网状的板等构成，利用导电性粘结剂或焊锡等连接固定于外部电极9而使用。

实施例

如下所述制作具有本发明的层叠型压电元件的压电执行器。首先，将以平均粒径为0.4μm的锆钛酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)为主成分的压电陶瓷的准烧成粉末、结合剂及增塑剂混合来制作浆料。使用该浆料，利用刮板法制作构成厚度为150μm的压电体层3的陶瓷生片。

另外，将结合剂添加到银-钯合金中，制作成为内部电极层的导电膏。

接着，在陶瓷生片的单面，利用丝网印刷法印刷成为内部电极层的导电膏，将这些印刷有导电膏的陶瓷生片层叠300片。接下来，在980～1100℃下进行烧成而得到层叠体。

使用平面磨床将得到的层叠体磨削成规定的形状后，在形成外部电极的层叠体的侧面，涂覆将结合剂混合添加到球形的丙烯珠(直径5μm)及扁平形状的丙烯珠(长径10μm、短径8μm、厚度2μm)中而形成的空孔材料膏，并在其上印刷成为外部电极的银玻璃导电膏，然后在700℃下进行烧结。另外，此时的银玻璃导电膏所包含的玻璃的软化点为730℃。

在此，对于未如上所述涂覆空孔材料膏而制作的本发明的比较例的试样号1的压电执行器而言，在层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面未发现空孔。另一方面，对于涂覆使用了球形丙烯珠的空孔材料膏的本发明的实施例的试样号2的压电执行器而言，在层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面形成有球形状的空孔(直径3μm)；对于涂覆使用了扁平形状的丙烯珠的空孔材料膏的本发明的实施例的试样号3的压电执行器而言，在层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面形成有具有层叠体侧面的面方向长的扁平形状的空孔(长径6μm、短径4μm、厚度1μm)。

而且，涂覆使用了扁平形状的丙烯珠的空孔材料膏，此后，将成为外部电极的银玻璃导电膏所包含的玻璃成分的软化点设为600℃，在700℃下进行烧结而形成本发明的实施例的试样号4的压电执行器，对该试样号4的压电执行器而言，在外部电极的与层叠体的压电体层接合的接合面的表层部形成有厚度为1μm的玻璃层。在此，作为玻璃成分而使用石英玻璃，由此形成玻璃层。而且，在形成该玻璃层时，在成为外部电极的银玻璃导电膏的层中的、最靠近层叠体的侧面侧的层含有10质量％的石英玻璃，在其他层含有2质量％的石英玻璃，使用多个膏层来形成。

此后，将引线与外部电极连接，分别经由引线向正极及负极的外部电极施加15分钟的3kV/mm的直流电场以进行极化处理。由此制作出使用了层叠型压电元件的压电执行器。向得到的压电执行器施加了160V的直流电时，在层叠体的层叠方向得到40μm的位移量。进而，对该压电执行器在室温下以150Hz的频率施加0～+160V的交流电，进行连续驱动至1×10⁹次及1×10¹⁰次的试验。将得到的结果表示在表1中。

[表1]

由表1所示的结果可知，对于本发明的比较例即试样号1的压电执行器而言，由于在层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面不存在空孔，因此，不能缓和驱动时在层叠体的侧面和外部电极之间产生的应力，在驱动1×10⁹次后，外部电极的局部自层叠体的侧面剥离而导致位移特性降低到1/2。另一方面，对于本发明的实施例即试样号2～4的压电执行器而言，由于在层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面，形成有使层叠体的侧面和外部电极的接合面在空孔所处的部分分离的空孔，因此，空孔可以吸收并缓和在驱动时反复产生于层叠体的侧面和外部电极之间的接合界面的应力，故在1×10⁹次驱动后，不会产生外部电极的局部自层叠体的侧面剥离而导致位移特性降低这样的问题。

并且，对于将空孔的形状形成为层叠体侧面的面方向长的扁平形状的试样号3的压电执行器、及除此之外在外部电极的与层叠体侧面接合的接合面的表层部形成有玻璃层的试样号4的压电执行器而言，在1×10¹⁰次的连续驱动后，也不会使外部电极的局部自层叠体的侧面剥离而导致位移特性降低，可知其具有更高的耐久性。

附图标记说明

1层叠型压电元件

2空孔

3压电体层

5内部电极层

7层叠体

9外部电极

10玻璃层

19喷射装置

21喷射孔

23收纳容器

25针阀

27流体通路

29缸体

31活塞

33碟形弹簧

35燃料喷射系统

37共轨

39压力泵

41喷射控制单元

43燃料箱

Claims

1.一种层叠型压电元件，其特征在于，包括：

交替层叠有压电体层和内部电极层的层叠体；和

与该层叠体的侧面接合且与所述内部电极层电连接的外部电极，

在所述层叠体的侧面和所述外部电极之间的接合界面形成有空孔。

2.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述空孔具有所述层叠体的侧面的面方向长的扁平形状。

3.如权利要求1或2所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述空孔形成于所述层叠体的侧面中的所述压电体层的部位。

4.如权利要求1～3中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述外部电极在与所述压电体层接合的接合面的表层部形成有玻璃层。

5.如权利要求1～4中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述空孔形成于所述层叠体的侧面中的彼此相邻的所述内部电极层之间的所述压电体层的部位。

6.如权利要求1～5中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述空孔形成有多个。

7.如权利要求1～6中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述空孔是封闭的空间。

8.一种喷射装置，其特征在于，

包括具有喷出孔的容器和权利要求1～权利要求7中任一项所述的层叠型压电元件，

蓄积于所述容器内的液体在所述层叠型压电元件的驱动下自所述喷射孔喷出。

9.一种燃料喷射系统，其特征在于，包括：

蓄积高压燃料的共轨；喷射蓄积于该共轨的所述高压燃料的权利要求8所述的喷射装置；向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵；以及向所述喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元。