CN1926697A - 叠层型压电元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在高电压、高压力下可增大压电执行机构的位移量，并且，即使在高电压、高压力下长期连续驱动时也不会使位移量变化的耐久性优越的叠层型压电元件及其制造方法，为此，其具有：交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成的叠层体、形成在所述叠层体的第一侧面并与所述第一内部电极连接的第一外部电极、形成在所述叠层体的第二侧面并与所述第二内部电极连接的第二外部电极，并且，所述压电体和所述内部电极之间的接合强度比所述压电体的弯曲强度弱。

Description

叠层型压电元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及叠层型压电元件(以下也简称为“元件”)及其制造方法，例如，涉及搭载在汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨等液体喷射装置、光学装置等的精密定位装置或振动防止装置等中的驱动元件，搭载在燃烧压力传感器、测震传感器、加速度传感器、负荷传感器、超音波传感器、压敏传感器、偏航速率传感器等中的传感器元件，以及搭载在压电陀螺、压电开关、压电变压器、压电断路器等中的电路元件上使用的叠层型压电元件。
背景技术
以往，作为叠层型压电元件，公知有交替叠层压电体和内部电极的叠层型压电执行机构。叠层型压电执行机构分类为同时烧成类型、和交替叠层由1个压电体构成的压电瓷器与板状体的内部电极的层叠类型两种，但出于有利于低压电化、降低制造成本方面、薄层化、以及有利于耐久性的考虑，同时烧成类型的叠层型压电执行机构表现出优异性。
图24A、图24B是表示专利文献1中公开的以往的叠层型压电元件的图。该叠层型压电元件由叠层体103和形成在其对置的一对侧面上的外部电极105构成。叠层体103交替叠层有压电体101和内部电极102，不过，内部电极102并不是形成在压电体101的整个主面上，而成为所谓的局部电极结构。该局部电极结构的叠层体左右相异地叠层，使内部电极102每隔一层向侧面露出。这样，以往的同时烧成类型的叠层型压电元件具有局部电极结构的内部电极图形，使极性不同的内部电极和外部电极不相接触。另外，在叠层体侧面也有时将内部电极每隔1个由绝缘体覆盖而与外部电极相绝缘。这样，无论哪种类型，都在叠层体侧面每隔一层露出内部电极，并在叠层体103的相对置的一对侧面与每隔一层露出的内部电极相连接地形成外部电极105。此外，在叠层体103的叠层方向上两端面叠层有惰性层104。
另外，以往的叠层型压电元件如下制作，即，通过在包含压电体材料的陶瓷生片上印刷内部电极膏，再叠层多个这样印刷了内部电极膏的陶瓷生片进行烧成而制作叠层体103，然后，在叠层体103的一对侧面上形成外部电极105(例如，参照专利文献1)。此外，在陶瓷生片上按图24B所示那样的规定图形印刷内部电极膏。
这样同时烧成类型的叠层型压电元件，为了使内部电极102和压电体101密接，而谋求使内部电极102的烧结温度和压电体101的烧结温度相一致，为此研究内部电极102、压电体101的材料组成，使之满足其要求。
通常作为内部电极102采用银和钯的合金，但为了同时烧成压电体101和内部电极102，其组成比通常设定为银70重量％、钯30重量％(例如，参照专利文献2)。
另外，由包含银—钯合金(含钯)的金属组成构成的内部电极102可抑制所谓的银迁移现象(银沿元件表面传播移动的现象)。即，在只有银的组成中会产生：赋予对置的内部电极102之间电位差的情况、和电极中的银从其正极向负极沿元件表面传播移动的银迁移现象。在高温、高湿的环境中该现象明显发生。
另外，在叠层陶瓷电容器领域，关于内部电极，在专利文献3中提出一种在内部电极端部设置空隙的方案，其目的在于：提供一种可缓和在电介体层和内部电极层界面感应产生的应力、耐基板弯曲性等方面的可靠性优越、具有电气特性的稳定性和高性能品质的叠层陶瓷电容器。
但是，叠层型压电元件与通常的叠层型电子构件(例如，叠层型陶瓷电容器)不同，在通电的情况下外加电场时，压电体瓷器会产生较大的变形(位移)。另外，驱动次数与压电体瓷器的变形次数相同。
出于该点考虑，在频繁地伴随着位移的叠层型压电元件中，基于维持内部电极的耐久性的目的，将内部电极形成为致密结构。
在如上述那样构成的叠层型压电元件中，由软钎料将导线固定在外部电极105上，通过在外部电极105之间外加规定电压进行驱动，而能够使用为压电执行机构。
专利文献1：日本特开昭61-133715号公报
专利文献2：日本实开平1-130568号公报
专利文献3：日本特开2002-231558号公报
但是，近年来，对于小型的压电执行机构用的叠层型压电元件，谋求在较大压力下产生较大的位移量，而以往的叠层型压电元件，成为压电体101被内部电极102夹紧的状态，存在不能增大压电体101的位移量的问题。
另外，在致密的内部电极也产生难以有效地获得近年所谋求那样的较大的位移量。
并且，在长时间驱动叠层型压电元件时，元件温度上升，若该元件温度超过散热量则会产生热失控现象导致破坏，存在位移量急剧劣化的问题。
进而，在将以往的叠层型压电元件利用于燃料喷射装置等的驱动元件而用作为执行机构的情况下，期望的位移量逐渐变化，会产生装置误动作的问题。因此，谋求抑制长期连续运转的位移量的变化和提高耐久性。
另外，在使叠层型压电元件在高电场、高压力下长期连续驱动的情况下，基于局部电极结构，位移在特定部分变大，该部分成为起点会产生叠层部分剥离破坏这样的问题。
另外，由这样特定部位的位移产生共振现象，会存在产生蜂鸣音、或者产生驱动频率整数倍的高次谐波信号的问题。该蜂鸣音或高次谐波信号成为噪音成分，在用作执行机构时，存在成为误动作的原因的问题。
另外，在局部电极结构中，由于只夹在不同极性的内部电极间的压电体表现出位移、不夹在内部电极间的压电体没有表现出位移，所以在高电场、高压力下长期连续驱动时，应力集中在上述内部电极和上述绝缘区域的边界。基于该应力会在绝缘区域即压电体产生裂缝，裂缝传播，存在极性不同的内部电极和外部电极之间短路导致叠层型压电体元件破坏的问题。
在产生上述那样的裂缝时，会导致压电体位移功能降低，因此，叠层型压电元件的驱动位移量变化，可靠性和耐久性劣化。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种在高电压、高压力下可增大压电执行机构的位移量，并且，即使在高电压、高压力下长期连续驱动时位移量也不会变化的耐久性优越的叠层型压电元件及其制造方法。
本发明的第1叠层型压电元件是基于以下发现而达成的，即，通过将压电体和内部电极之间的接合强度，在与压电体的弯曲强度的关系上设定在适当的范围，而即使在压电体被内部电极夹紧的状态下，也可减小夹紧力。
即，本发明的第1叠层型压电元件的特征在于，具有：叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；第一外部电极，其形成在上述叠层体的第一侧面，并与上述第一内部电极连接；第二外部电极，其形成在上述叠层体的第二侧面，并与上述第二内部电极连接，并且，上述压电体和上述内部电极之间的接合强度比上述压电体的弯曲强度弱。
另外，本发明的第2及第3叠层型压电元件是基于以下发现而达成的，即，与之前的想法不同，通过大胆地在内部电极设置空隙，而使位移量显著提高，同时还提高了耐久性。
即，本发明的第2叠层型压电元件的特征在于，具有：叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；第一外部电极，其形成在上述叠层体的第一侧面，并与上述第一内部电极连接；第二外部电极，其形成在上述叠层体的第二侧面，并与上述第二内部电极连接，并且，上述内部电极含有空隙，上述空隙在上述内部电极剖面中所占的面积比例为5～70％。
另外，本发明的第3叠层型压电元件的特征在于，具有：叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；第一外部电极，其形成在上述叠层体的第一侧面，并与上述第一内部电极连接；第二外部电极，其形成在上述叠层体的第二侧面，并与上述第二内部电极连接，并且，还设有沿上述叠层体的叠层方向贯穿上述内部电极的空隙。
本发明的第4叠层型压电元件是基于发明人发现的如下见解而达成的。
即，叠层型压电元件与电容器等其他的叠层型电子构件不同，驱动时元件自身会连续地产生尺寸变化。因此，在高电场、高压力下长期连续驱动的情况下，只不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分进行有效的的压电位移。这时，在不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的形状为线对称形状时，成为对称的中心线的一直线上的位移最大，处在该一直线上的元件侧面成为起点，导致叠层部分剥离产生破坏。
并且，由于存在位移集中的一直线，所以产生共振现象，而产生蜂鸣音或产生驱动频率整数倍的高次谐波信号成为噪音成分，在用作执行机构的情况下，成为误动作的原因。
另外，由于存在这样位移大的部分，所以在长期反复动作的情况下，位移量变化使耐久性劣化。
基于以上见解达成的本发明的第4叠层型压电元件的特征在于，具有：叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；第一外部电极，其形成在上述叠层体的第一侧面，并与上述第一内部电极连接；第二外部电极，其形成在上述叠层体的第二侧面，并与上述第二内部电极连接，并且，上述第一内部电极和上述第二内部电极相对置的对置部分的形状为非线对称形状。
本发明的第5叠层型压电元件是基于发明人发现的以下见解而做出的。
如上所述，位于为了与极性不同的外部电极相绝缘而不形成内部电极的区域即绝缘区域的压电体，由于不夹在不同极性的内部电极之间，所以即使驱动叠层型压电元件，上述压电体也不表现出位移。
从而，在高电场、高压力下长期连续驱动的情况下，只夹在不同极性的内部电极间的压电体表现出位移，不夹在不同极性的内部电极间的压电体不表现出位移，因此，应力集中在上述内部电极和上述绝缘区域的边界。在这样应力集中的边界，裂缝容易在压电体上产生。另外，在产生了裂缝的情况下，裂缝传播，若极性不同的内部电极和外部电极之间形成短路，则元件破坏。
另外，由于压电体为绝缘体，电流不会在不同极性的内部电极之间流动，所以产生用于驱动叠层型压电元件的电压集中在电极图形端部所谓边缘效应。因此，即使夹在不同极性的内部电极间的压电体中的被电极图形端部所夹的部位的位移也变化较大。但是，由于不夹在不同极性的内部电极间的压电体不表现出位移，所以在其边界集中更大的应力。
在所述的情况下，如果内部电极和上述绝缘区域的边界为直线状，则在边界的一部分产生裂缝时，裂缝以其一点为起点沿边界呈直线状生长导致叠层型压电体元件破坏。另外，在内部电极图形上形成如在内部电极和上述绝缘区域的边界使直线彼此间对接那样的任意角度的端部时，应力集中在如直线彼此间对接那样的任意角度的端部，在绝缘区域即压电体上产生裂缝。
基于这样的见解达成的本发明的第5叠层型压电元件的特征在于，具有：叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；第一外部电极，其形成在上述叠层体的第一侧面，并与上述第一内部电极连接；第二外部电极，其形成在上述叠层体的第二侧面，并与上述第二内部电极连接，并且，上述第一内部电极的与上述第二外部电极相对置的对置端部为圆弧形状，上述第二内部电极的与上述第一外部电极相对置的对置端部为圆弧形状。
此外，上述第一内部电极的圆弧形状的对置端部和上述第二外部电极之间、以及上述第二内部电极的圆弧形状的对置端部和上述第一外部电极之间是上述的绝缘区域。
根据以上的本发明的第1叠层型压电元件，通过使压电体和内部电极之间的接合强度比压电体的强度弱，能够减小内部电极夹紧压电体的力，所以可增大叠层型压电体元件的位移量。并且，由于可减小压电体和内部电极之间的残余应力，所以可提供驱动过程中的位移量一定的耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。
另外，根据本发明的第1叠层型压电元件，即使内部电极采用硬度高的硬金属的情况下，也可使压电体被内部电极夹紧的力比较小，能够减小残余应力。从而，可减小连续驱动时的位移量的变化，并且，能够抑制在长时间驱动残余应力大的叠层型压电元件时产生的元件温度上升。据此，可防止该元件温度超过散热量时引起的热失控现象，能够防止位移量的劣化。
另外，本发明的第2叠层型压电元件，通过在内部电极中设置相对上述内部电极的面积占5～70％的空隙，而在压电体因电场而变形时，被内部电极约束的力减弱，可使压电体比较容易变形，而位移量提高，并且，也可减小在内部电极产生的应力，因此，耐久性也优越。
另外，本发明的第3叠层型压电元件，由于设有沿上述叠层体的叠层方向贯穿上述内部电极的空隙，所以在压电体因电场而变形时，被内部电极约束的力减弱，可使压电体比较容易变形，而位移量提高，并且，也可减小在内部电极产生的应力，因此，耐久性也优越。
根据本发明的第4叠层型压电元件，通过使不同极性的内部电极彼此间经由压电体相重叠的部分的形状为非线对称形状，在叠层型压电元件驱动时即使元件的尺寸连续变化也可抑制叠层部分的剥离。另外，由于可抑制在元件的尺寸变化即位移集中时产生的共振现象，所以，不但可防止产生蜂鸣音，而且，能够防止产生高次谐波信号，因此，会抑制控制信号的噪音，能够抑制执行机构的误动作。
并且，通过使不同极性的内部电极在所有的元件侧面露出，而在作为执行机构驱动时可使元件上产生的应力传播到元件的外侧，因此，能够提供耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。
并且，在内部电极上形成有用于使具有不同极性的内部电极和外部电极相绝缘的图形，而无需在元件外侧设置防止绝缘的区域，因此，防止绝缘部分不会随着元件位移带来的元件尺寸变化而剥离或剥离产生火花，所以，能够提供耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。
并且，通过在上述内部电极图形上形成C面或R面，而在元件位移时，可避免应力集中在电极图形的端部，因此，可提供耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。
根据本发明的第5叠层型压电元件，将上述第一内部电极的与上述第二外部电极对置的对置端部设成圆弧形状、将上述第二内部电极的与上述第一外部电极对置的对置端部设成圆弧形状，即将内部电极和绝缘区域的边界设成R状，从而能够防止应力集中在形成于内部电极与极性不同的外部电极之间的绝缘区域、和内部电极的边界上。因此，即使在高电场、高压力下长期连续驱动叠层型压电元件，也可抑制在极性不同的内部电极和外部电极之间形成的裂缝的生长，能够防止极性不同的内部电极和外部电极之间的短路。
并且，如果具有不同极性的上述内部电极经由上述压电体相重叠的部分的各角部的形状为R状，则能够防止应力一点集中在形成于内部电极与极性不同的外部电极之间的绝缘区域、和内部电极的边界上，因此，能够防止在上述边界产生应力集中。据此，即使在高电场、高压力下长期连续驱动叠层型压电元件，在叠层型压电元件的驱动方向即叠层方向上驱动伸缩，也可防止在具有不同极性的上下内部电极的上述边界产生的沿叠层方向的裂缝，能够提高元件的耐久性。
并且，如果使上述内部电极在上述叠层体侧面露出，可扩大夹在上述内部电极彼此间的压电体的面积，因此，能够增大上述压电体的位移面积，并且，可使在驱动时元件中产生的应力传播到元件外侧，从而，可提供位移量优越的高可靠性的叠层型压电元件。
从而，即使连续驱动叠层型压电元件，期望的位移量也不会有效地变化，因此，不会产生装置误动作，能够提供耐久性优越的高可靠性的喷射装置。
另外，在本发明的第1～第5叠层型压电元件中，在将构成内部电极的金属的热膨胀系数设为α1、将构成外部电极的金属的热膨胀系数设为α2时，热膨胀系数比(α1/α2)为0.9以上且小于1，从而，即使连续驱动叠层型压电元件，内部电极和外部电极的热膨胀系数的差也小，因此，即使元件的连续驱动次数增加使元件温度上升，也可防止在内部电极和外部电极之间产生密接不良。即，可抑制连续驱动过程中的剥离或断线，能够防止执行位移量变小的问题，进而能够防止剥离的部分产生火花而导致破坏的问题。据此，不存在装置的误动作，并且，可具有无热失控的优越的耐久性。
另外，在本发明的第1～第5叠层型压电元件中，通过在内部电极和外部电极的接合部设置中间层，可缓和因内部电极和外部电极的热膨胀差产生的应力，防止电极剥离，能够提高驱动过程中的耐久性。
并且，通过在上述内部电极中与金属组成物一起添加无机组成物，而使上述内部电极和上述压电体的界面的密接强度增大，因此，可抑制上述内部电极和上述压电体的界面上的剥离。
如上所述，根据本发明的叠层型压电元件，可以提供位移量大且即使连续驱动叠层型压电元件所期望的位移量也不会变化而耐久性优越的高可靠性的喷射装置。
附图说明
图1A是本发明的实施方式1的叠层型压电元件的立体图。
图1B是表示实施方式1的叠层型压电元件的压电体层与内部电极层的叠层状态的展开立体图。
图2A是本发明的实施方式2的叠层型压电元件的立体图。
图2B是表示实施方式2的叠层型压电元件的压电体层与内部电极层的叠层状态的展开立体图。
图3是实施方式2的叠层型压电元件的配置在压电体之间的内部电极的放大剖视图。
图4A是本发明的叠层型压电元件的变形例的立体图。
图4B是本发明的叠层型压电元件的变形例的剖视图。
图5A是本发明的实施方式3的叠层型压电元件的立体图。
图5B是表示实施方式3的叠层型压电元件的压电体层与内部电极层的叠层状态的展开立体图。
图6A是表示实施方式3的叠层型压电元件的压电体层与内部电极层的叠层状态的展开立体图。
图6B是表示实施方式3的叠层型压电元件中的不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图7是表示实施方式3的叠层型压电元件中内部电极与外部电极的距离的横向剖视图。
图8A是表示本发明的实施例4的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图8B是表示本发明的实施例4的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图8C是表示本发明的实施例4的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图9A是表示本发明的实施例5的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图9B是表示本发明的实施例5的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图9C是表示本发明的实施例5的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图10A是本发明的实施方式4的叠层型压电元件的立体图。
图10B是表示实施方式4的叠层型压电元件的压电体层与内部电极层的叠层状态的展开立体图。
图10C是表示实施方式4的变形例的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图10D是表示实施方式4的变形例的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图10E是表示实施方式4的变形例的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图11A是表示实施方式4的叠层型压电元件的压电体层与内部电极层的叠层状态的展开立体图。
图11B是表示实施方式4的叠层型压电元件中的不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图12是表示实施方式4的叠层型压电元件中内部电极与外部电极的距离的横向剖视图。
图13A是表示本发明的实施例6的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图13B是表示本发明的实施例6的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图13C是表示本发明的实施例6的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图14A是表示本发明的实施例7的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图14B是表示本发明的实施例7的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图14C是本发明的实施例7的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图15是表示本发明的实施方式5的叠层型压电元件中外部电极与内部电极的接合部分的剖面的局部放大图。
图16是本发明的实施方式6的喷射装置的剖视图。
图17A是表示比较例1的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图17B是表示比较例1的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图17C是表示比较例1的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图18A是表示比较例2的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图18B是表示比较例2的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图18C是表示比较例2的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图19A是表示比较例3的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图19B是表示比较例3的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图19C是表示比较例3的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图20A是表示比较例4的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图20B是表示比较例4的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图20C是表示比较例4的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图21A是表示比较例5的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图21B是表示比较例5的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图21C是表示比较例5的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图22A是表示比较例6的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图22B是表示比较例6的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图22C是表示比较例6的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图23A是表示比较例7的叠层型压电元件中一极性的内部电极图形的俯视图。
图23B是表示比较例7的叠层型压电元件中另一极性的内部电极图形的俯视图。
图23C是表示比较例7的叠层型压电元件中不同极性的内部电极经由压电体相重叠的部分的图。
图24A是以往例的叠层型压电元件的立体图。
图24B是表示以往例的叠层型压电元件的压电体层与内部电极层的叠层状态的展开立体图。
图中：1、11-压电体，13-叠层体，2、12、82、92-内部电极，2a、82a、92a-电极部分，3-槽，4、15、85-外部电极，6-导线，9、14-惰性层，31-收纳容器，33-喷射孔，35-阀，43-压电执行机构，10-叠层型压电体元件，20-空隙，31-收纳容器，33-喷射孔，35-阀，43-压电执行机构。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1的叠层型压电元件的结构的图，图1A是立体图，图1B是表示压电体层和内部电极层的叠层状态的展开立体图。
本实施方式1的叠层型压电元件，如图1A、图1B所示，在由交替叠层压电体11和内部电极12而成的叠层体13的一对相对置的侧面形成外部电极，在该外部电极15上每隔一层连接内部电极12。即，在形成外部电极15的叠层体侧面每隔一层露出内部电极12使外部电极15与该露出的内部电极12电导通地接合。另外，在叠层体13的叠层方向两端通过叠层多个压电体11(不包含内部电极12)而形成惰性层14。这里，在将本发明的叠层型压电元件作为叠层型压电执行机构使用的情况下，可以将导线用软钎料连接固定在外部电极15上，并将所述导线连接在外部电压供给部。
另外，配置在压电体层11之间的内部电极12例如由银-钯等金属材料形成，通过内部电极12向各压电体11施加规定的电压，从而，使压电体11产生由反压电效应引起的位移。
反之，由于惰性层14是不配设有内部电极12的多个压电体11的层，所以即使外加电压也不会产生位移。
而且，在本实施方式1中，其特征在于：压电体11和内部电极12之间的接合强度比压电体11的强度弱。即，在压电体11被内部电极12夹紧的结构中，若压电体11和内部电极12之间的接合强度在压电体11的强度以上，则接合于内部电极12的压电体11的界面部分即使外加电压也不会压电位移，因此，叠层型压电元件的位移量变小。反之，若压电体11和内部电极12之间的接合强度比压电体11的强度弱，则与压电体11和内部电极12之间的接合强度在压电体11的强度以上的情况相比较，能够增大叠层型压电元件的位移量。
如上所述，为了增大叠层型压电体元件的位移量，需要使压电体11和内部电极12之间的接合强度比压电体11的强度弱，不过，其接合强度，优选为压电体11的强度的70％以下、更优选为50％以下、最好为40％以下。这样，通过使其接合强度为压电体11的强度的70％以下，而能够减小接合在内部电极12上的压电体11的界面部分的残余应力，可增大叠层型压电元件的位移量。另外，使压电体11和内部电极12之间的接合强度为压电体11强度的50％以下、最好40％以下，能够提高连续驱动时的耐久性。
另外，在本发明(实施方式1)中，优选压电体11和内部电极12之间的接合强度为70MPa以下。这是因为：若比70MPa大，则内部电极夹紧压电体11的力变大，位移量变小。不过，接合强度为0Mpa，不能保证叠层型压电元件自身的形状。因此，为了增大叠层型压电体元件的位移量，优选压电体11和内部电极12之间的接合强度比压电体11的强度弱，并且，优选上述压电体11和内部电极12之间的接合强度比0MPa大且为70MPa以下。
而且，为了增大叠层型压电元件的位移量，优选压电体11和内部电极12之间的接合强度为50MPa以下。另外，为了增大叠层型压电元件的位移量并且提高耐久性，压电体11和内部电极12之间的接合强度更优选为40MPa以下，并且，为了提高耐久性，最好在10MPa以上、35MPa以下。
这里，压电体11的强度、压电体11和内部电极12之间的接合强度的评价及比较如下所述。
在评价时，通过将叠层型压电元件例如加工成3mm×4mm×36mm的尺寸，而使内部电极12的电极面与试验片的长度方向大致垂直。对该试验片，按照JIS R1601规定的4点弯曲强度试验方法，从与长度方向大致垂直的方向施加负荷，来测定弯曲强度。这时，试验片将在内部电极12和压电体11的界面破坏时的值作为压电体和内部电极之间的接合强度，试验片将在压电体11处破坏时的值作为压电体的强度(弯曲强度)。
并且，在本发明实施方式1更优选的方式中，使上述外部电极15和内部电极12之间的接合强度比压电体11和内部电极12的接合强度大。这样，如果压电体11和内部电极12之间的接合强度为外部电极15和内部电极12的强度以上，则可提高叠层型压电元件连续驱动时的耐久性。
在本发明中，作为使压电体11和内部电极12之间的接合强度比压电体11的强度弱的具体方法(制造方法)，具有以下等方法，即，(1)减小压电体11的表面粗糙度，而减小压电体11和内部电极12接合时的拉桩(anchor)效应；(2)基于抑制烧成时压电体11和内部电极12的接合部的结晶生长的目的，选定材料组成，使内部电极12开始烧结的烧结开始温度比压电体11开始烧结的烧结开始温度低；(3)为了减小压电体11和内部电极12的接合处的面积，而减小内部电极的占有面积；(4)在压电体11和内部电极12之间形成玻璃层。
作为具体方法(一例)，在压电体11和内部电极12的界面例如与构成内部电极12的金属粉末一起添加其金属氧化物粉末而印刷电极图形，使可形成温度比压电体11开始烧结的烧结开始温度低的液相。
这样，通过使内部电极12开始烧结的烧结开始温度比压电体11开始烧结的烧结开始温度低，而在同时烧成时，最初会在内部电极12部分生成液相，烧结在内部电极12单独进行。在压电体11和内部电极12之间形成玻璃层的情况下，使冷却速度比100℃/小时快，以便液相成为玻璃层。
并且，由于在内部电极12由硬度高的金属构成时，压电体11和内部电极12的接合强度高，因此，由硬度低的金属构成内部电极12。
下面，对本发明的叠层型压电元件的制法进行说明。
为了作成本实施方式1的叠层型压电元件，首先，混合由PbZrO3-PbTiO3等构成的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷的预烧粉末、由丙烯酸系、丁缩醛系等有机高分子构成的粘合剂、DBP(酞酸二丁酯)、DOP(钛酸二辛酯)等增塑剂制作浆料。并且，利用公知的刮刀法或压延辊法等带成型法成型该浆料制作成为压电体11的陶瓷生片。
接着，在银-钯等构成内部电极12的金属粉末中添加混合氧化银等金属氧化物、粘合剂及增塑剂等而制成导电膏，再将其通过丝网印刷等方法印刷在上述各生片的上表面形成为1～40μm的厚度。
而且，叠层多个在上表面印刷了导电膏的生片，对该叠层体以规定的温度脱粘合剂后，以900～1200℃进行烧成，而制成叠层体13。
这时，在惰性层14部分的生片中添加银-钯等构成内部电极12的金属粉末、或在叠层惰性层14部分的生片时，将由银-钯等构成内部电极的金属粉末及无机化合物、粘合剂和增塑剂组成的浆料印刷在生片上，从而，可使惰性层14与其他部分烧结时收缩动作状态以及收缩率相一致，能够形成致密的叠层体。
此外，叠层体13并不仅限于通过上述制法制成的，只要能够制作通过交替叠层多个压电体11和多个内部电极12而成的叠层体13，无论采用哪种制法形成均可。
然后，在叠层型压电元件的侧面交替形成端部露出的内部电极12和端部不露出的内部电极12，在端部不露出的内部电极12和外部电极15之间的压电体部分形成槽，在该槽内形成杨氏模量比压电体11低的树脂或橡胶等绝缘体。这里，上述槽利用内部切片装置等形成在叠层体13侧面。
出于充分吸收因执行机构(叠层体)的伸缩产生的应力这一点考虑，构成外部电极15的导电材料优选杨氏模量低的银或以银为主成分的合金。
例如，外部电极15如以下那样形成。
首先，在银或以银为主成分的合金粉末和玻璃粉末中添加粘合剂制成银玻璃导电膏，将其成形为片状，控制片的原密度为6～9g/cm3，再干燥(使溶剂挥发)。而且，将该片转印在柱状叠层体13的外部电极形成面上。
接着，以比玻璃软化点高的温度、银熔点(965℃)以下的温度、且烧成温度(℃)的4/5以下的温度进行焙烧。据此，采用银玻璃导电膏制成的片中的粘合剂成分散失，能够形成由呈三维网状结构的多孔质导电体构成的外部电极15。
此外，出于有效地形成颈部、使银玻璃导电膏中的银和内部电极12扩散接合、而且使外部电极15中的空隙有效地残留、进而使外部电极15和柱状叠层体13侧面局部接合等方面的考虑，上述银玻璃导电膏的焙烧温度优选550～700℃。另外，银玻璃导电膏中的玻璃成分的软化点优选500～700℃。
在焙烧温度比700℃高时，银玻璃导电膏的银粉末过度烧结，不能形成呈有效的三维网状结构的多孔质导电体，会使外部电极15过于致密。其结果，外部电极15的杨氏模量过高，不能充分吸收驱动时的应力，外部电极15有可能产生断线。最好以玻璃软化点的1.2倍以内的温度进行焙烧。
另一方面，在焙烧温度比550℃低的情况下，由于内部电极12端部和外部电极15之间没有充分地进行扩散接合，所以不形成颈部，驱动时有可能在内部电极12和外部电极15之间产生火花。
此外，优选银玻璃导电膏的片厚度比压电体11的厚度薄。出于跟随执行机构伸缩这一点考虑，更优选为50μm以下。
接着，通过将形成了外部电极15的叠层体13浸渍在硅橡胶溶液中、并且对硅橡胶溶液进行真空脱气，而在叠层体13的槽内部填充硅橡胶，之后，从硅橡胶溶液提起叠层体13，将硅橡胶涂敷在叠层体13侧面。然后，通过使填充在槽内部及涂敷在柱状叠层体13侧面的上述硅橡胶硬化，而达成本发明的叠层型压电元件。
而且，在外部电极15上连接导线，经由该导线给一对外部电极15外加0.1～3kV/mm的直流电压，对叠层体13进行极化処理，从而，达成利用了本发明的叠层型压电元件的叠层型压电执行机构。将这样制成的叠层型压电执行机构的导线与外部的电压供给部连接，在经由导线及外部电极15给内部电极12外加电压时，各压电体11因反压电效应而位移较大。据此，可发挥作为例如向发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀的功能。
本发明的叠层型压电元件并不局限于此，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行各种变更。
另外，上述对在叠层体13相对置的侧面形成外部电极15的例子进行了说明，但本发明中例如也可在相邻的侧面上形成一对外部电极。
实施方式2
图2A、图2B是表示本发明实施方式2的叠层型压电元件的构成的图，图2A是立体图、图2B是剖视图。另外，图3是图2的叠层型压电元件的内部电极附近的局部剖开的放大图。
该实施方式2的叠层型压电元件10的特征为：具有控制内部电极2的空隙20，除这一点外，具有与实施方式1的叠层型压电元件大致相同的结构。
即，实施方式2的叠层型压电元件10，如图2所示，在交替叠层压电体1和内部电极2而成的叠层体的一对对置侧面上形成有外部电极4，在其侧面上外部电极4分别接合成与每隔一层露出的内部电极2端部电导通。另外，与实施方式1相同，在叠层型压电元件10两端设有惰性层9，在将本实施方式2的叠层型压电元件10使用为叠层型压电执行机构的情况下，通过软钎料在外部电极4上连接固定导线6，通过将上述导线6与外部电压供给部相连接，而由反压电效应使压电体1位移。
而且，在本实施方式2的叠层型压电元件10中，如图3所示在夹在压电体1之间的内部电极2中设置空隙20，并且，在内部电极2的剖面，控制该空隙20部分占整个剖面积的5～70％。即，经过本发明人刻苦研究的结果，发现：通过如图3所示在夹在压电体1之间的内部电极2中按一定范围内的比例设置空隙20，而可使位移量变大，能够得到优越的叠层型压电元件，从而达成本发明。
关于在内部电极2内没有这样控制的空隙20的以往类型，在压电体1受到电场而变形时，受到来自内部电极2的束缚使变形量变小，不能得到充分的叠层型压电元件的位移量。
反之，本发明的在内部电极2中具有空隙20的叠层型压电元件，其压电体自由变形，与以往相比可增大变形量。
这里，对上述的空隙相对内部电极2的面积的所占比例(空隙率)进行说明。空隙率是在沿叠层方向切断叠层型压电元件的面上进行测定的。在该切断面，测定内部电极部分存在的空隙的面积，再将该空隙的面积的总和除以内部电极2的面积(也包括空隙在内)得到的值乘上100倍而得出。
另外，若空隙率比5％小，则压电体1被外加电场而变形时，受到来自内部电极2的束缚，抑制压电体1的变形，叠层型压电元件的变形量变小。另外，由于产生的内部应力也变大，所以也会给耐久性带来不良影响。
另外，若空隙率比70％大，则由于在空隙20间的电极部分2a产生极细的部分，所以内部电极2自身的强度降低，容易在内部电极2产生裂缝，最差时有可能产生断线等问题，因此，不优选。进一步讲，由于内部电极2的导电性降低，所以电压难以外加在压电体1上，有时不能得到充分的位移量。
此外，如图3所示，空隙20不仅设在电极部分2a间，也能以包含在电极部分2a内部那样的状态存在。
并且，上述空隙率更优选7～70％，最优选10～60％。通过这样构成，可使压电体1更顺畅地变形，并且，充分具有内部电极2的导电性，因此，能够增大叠层型压电元件10的位移量。
另外，空隙20优选剖面中的最大宽度为1μm以上。
若这样将剖面中空隙的最大宽度设为1μm以上，则可提供一种因内部电极约束压电体的力变小、压电体容易变形而可增大位移量，因产生的应力也可降低而耐久性优越的叠层型压电元件。
在叠层型压电元件的叠层方向剖面上，引出与电极平行的线并测定该线在内部电极剖面上存在的空隙尺寸内的长度，而该最大宽度是测定值中的最大值。从可更加增大位移量以及减少内部应力、提高耐久性的观点出发，空隙20的最大宽度更优选2μm，最优选3μm。
另外，在上述内部电极2剖面上，电极部分2a和空隙20的界面与压电体1相接的部分的电极部分2a的切线22和压电体1所成的角度24优选60度以上。如图3所示，在叠层型压电元件的叠层方向的剖面上，以电极部分2a和空隙2的界面与压电体1相接的点为起点，引出与电极部分2a相切的线，以该切线22和压电体1所成的角度24表示该角度24。
这里，在角度24小于60度时，内部电极2中的电极部分2a与压电体1相接产生的弯液面部位变大，内部电极2约束压电体1的力变大，有可能位移量降低。并且，从因内部电极2约束压电体1的力变小而可增大位移量、减小内部应力或提高耐久性的观点出发，角度24更优选70度以上，最优选80度以上。
另外，内部电极2中的金属组成物优选以8～10族(VIII族)金属及/或11族(IB族)金属为主成分。这是因为：8～10族金属及11族金属，由于与压电体1的润湿性差，所以在压电体1和内部电极2的界面容易产生空隙，若叠层它们进行烧成，则能够形成具有比较高的空隙的内部电极2。
并且，优选在内部电极2中添加与构成电极部分2a的材质的润湿性差的无机组成物。这是因为：润湿性差的无机组成物位于内部电极2，从而，在烧成时，与构成电极部分的材料的润湿性差，因此，该无机组成物周围的电极部分2a剥离，在周围形成没有电极部分2a的部分即空隙20。这样，有利于形成空隙，其结果，能够提高位移量。这里，作为上述无机组成物，优选以BN、TiN、ZrN等氮化物为主成分，更优选以BN为主成分。此外，无机组成物也可以形成在压电体1表面。
下面，对本实施方式2的叠层型压电元件10的制法进行说明。
在该制造方法中，首先，与实施方式1相同，制作成为压电体1的陶瓷生片。
接着，将该生片切割成適当的大小，固定在框架上。
接着，在银-钯等构成内部电极2的金属粉末中添加混合粘合剂、增塑剂等制成导电膏，通过丝网印刷等方法将其印刷在上述各生片的上表面形成为1～40μm的厚度。这时，构成内部电极的金属粉末重要的是：采用熔点不同的2种以上的材料，使烧成后在内部电极2中形成空隙，作为材料优选金属或合金。而且，在以构成内部电极2的金属或合金中最低的熔点以上、且其他金属的熔点以下的温度预烧时，处在熔点以上而熔化的金属或合金通过毛细管现象向内部电极中的空孔移动，移动了的部分成为空隙。这样，能够制作本发明的具有空隙的内部电极2。此外，上述空孔能够通过例如在调制上述导电膏时产生在上述金属粉末间的少许间隙、或上述粘合剂部分因脱粘合剂产生的间隙等形成。
另外，除此之外，也可在构成内部电极2的材质中添加与该材质的润湿性差的材质形成空隙20。并且，即使在印刷内部电极2的生片面上设置与构成内部电极2的材质的润湿性差的材质也可形成空隙20。
接着，同样在生片的上表面通过丝网印刷等方法印刷1～40μm的包含成为银-钯等的烧结助剂的成分的虚设层，准备惰性层9用的生片。
然后，叠层多个在上表面印刷了导电膏的生片和惰性层9用的生片，使惰性层9处在叠层型压电元件端部，同时施加压力使其密接。
之后，将生片切割成適当大小，以规定温度脱粘合剂后，以900～1050℃烧成，制成叠层型压电元件10。在烧成时，重要的是：以构成内部电极的金属或合金中的、熔点低的金属或合金的熔点以上、且比第二低的金属或合金的熔点低的温度保持后，再升温进行烧成。
此外，叠层型压电元件10并不局限于通过上述制法制成，只要是在内部电极中形成空隙的方法，无论哪种制法均可形成。
然后，与实施方式1相同，达成实施方式2的叠层型压电元件10。
另外，上述对于在叠层型压电元件10的相对置的侧面形成外部电极4的例子进行了说明，但是，在本发明中也可以例如在相邻的侧面上形成一对外部电极。
实施方式3
以下，对本发明实施方式3的叠层型压电元件进行说明。图5A、图5B是表示实施方式3的叠层型压电元件的构成的图，其中，图5A是立体图，图5B是表示压电体层和内部电极层的叠层状态的展开立体图。另外，图6A、图6B是表示本实施方式3的叠层型压电元件的内部电极图形的放大图，其中，图6A是表示压电体层和内部电极层的叠层状态的展开立体图，图6B是表示不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的透视图。
本实施方式3的叠层型压电元件，如图所示，除了内部电极和外部电极与实施方式1及2不同之外，其他构成均与实施方式1及2相同。
即，在实施方式3的叠层型压电元件中，如图6A所示，其特征在于：不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状为非线对称形状。这里，所谓不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a表示经由叠层型压电元件的压电体11形成且被外加不同极性的电压的内部电极82的电极图形彼此间相重合的区域。实际上，压电体11在被外加不同极性的电场的内部电极82所夹的区域(上述的不同极性的内部电极82彼此间经由压电体11重叠的部分82a)有效地压电位移，作为叠层型压电元件而动作。因此，若在不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状是线对称形状，则由于如山的棱线那样位移大的部分集中在成为对称的中心线的一直线上，所以在驱动元件时，成为对称的中心线的一直线位移最激烈，位于一直线上的元件侧面成为起点，导致叠层部分剥离破坏，因此，不优选。而且，存在位移集中的一直线，而产生共振现象，产生蜂鸣音或产生驱动频率整数倍的高次谐波信号，会成为噪音成分，在用作执行机构的情况下，成为误动作的原因，因此，不优选。
反之，在将不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状设成非线对称形状时，即使叠层型压电元件驱动时元件的尺寸变化连续地产生，也能够抑制叠层部分剥离。另外，由于能够抑制在元件的尺寸变化即位移集中时产生的共振现象，所以不仅能防止产生蜂鸣音，而且，也能防止高次谐波信号的产生，因此，可抑制控制信号的噪音，能够抑制执行机构的误动作。这里所说的非线对称形状表示不能成为线对称的形状。即，无论从哪个方向看都不是左右对称的形状。
并且，在本发明中，优选不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状为点对称形状。不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状不为点对称时，若使元件位移，则元件位移的中心軸不集中，位移軸晃动，所以不优选。通过内部电极82形状是点对称形状，而使元件位移的中心軸在一直线上，元件位移的軸不晃动，因此，能够提供一种位移方向成一直线的位移不晃动且耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。
这里，所指的点对称表示为存在所谓的对称中心的形状。本发明中，在不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的面内规定任意1点，在以该1点为中心使不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a与面平行旋转的情况下，旋转前后的形状在180°以内的旋转角重合。而且，这时成为旋转中心的点是对称中心。作为点对称广泛公知有180°旋转对称、120°旋转对称、90°旋转对称，但是，优选：通过抑制用于确保内部电极82和外部电极85导通的路径为最小限度，而能以简单的结构高精度地制作叠层型压电元件的180°旋转对称。
另外，在对称的中心是不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的重心时，由于叠层型压电元件所有的不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的重心沿叠层方向集中在一直线上，所以不仅位移方向的中心軸成为一直线，而且，重心与位移方向的中心軸相一致，因此，能够提供耐久性优越的高可靠性的压电执行机构，故进一步优选。
并且，在本发明中，优选不同极性的内部电极82在所有的元件侧面露出。对于内部电极82在元件侧面不露出的部分，由于电极不露出的位置在驱动时不能位移，所以驱动时位移的区域封在元件内部，而位移时的应力集中在有电极的部分和无电极的部分的交界处，会产生耐久性的问题，故不优选。通过不同极性的内部电极82在所有的元件侧面露出，而能够将作为执行机构驱动时在元件内产生的应力传播到元件的外侧，因此，能够提供耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。
而且，在本发明中，优选，在内部电极82上形成有用于与不同极性的外部电极85绝缘的图形。若在内部电极82上不形成用于与不同极性的外部电极85绝缘的图形，则存在短路的问题。通过在内部电极82上形成用于与不同极性的外部电极85绝缘的图形，则无需在元件外侧设置防止绝缘的区域，因此，防止绝缘部分不会随着元件位移带来的元件尺寸变化而剥离或剥离产生火花，因此，能够提供耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。
并且，在本发明中，通过使不同极性的内部电极82和外部电极85的距离L1为0.1～5mm，而能够提供同时增大位移量及防止绝缘破坏二者的耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。在超过5mm时，随着内部电极面积的減少，压电体11的驱动区域变小，故不优选。在比0.1mm小时，绝缘特性急剧劣化。
为了增大驱动尺寸提高耐久性，优选0.1mm以上且3mm以下、更优选0.5mm以上且1mm以下。这里，所谓距离L1表示配置了内部电极82的压电体11上的内部电极82和外部电极85的绝缘距离中的最短距离。
并且，在本发明中，如图7所示，通过使元件表面的不同极性的内部电极82和外部电极85的距离L2为0.1mm～5mm，而能够提供同时增大位移量并且防止绝缘破坏二者的耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。在超过5mm时，随着内部电极面积的減少，压电体11的驱动区域变小，故不优选。在比0.1mm小时，绝缘特性急剧劣化。
为了增大驱动尺寸提高耐久性，优选0.1mm以上且3mm以下、更优选0.5mm以上且1mm以下。这里，所谓距离L2表示叠层体80侧面上的1个内部电极82和外部电极85的绝缘距离中的最短距离。
并且，在本发明中，通过在内部电极82图形上形成C面或R面，而在元件位移时，可避免应力集中在电极图形端部，因此，能够提供位移量大且耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。在所有电极图形上形成C面或R面时，耐久性提高，故优选。在压电体11自身形成有C面或R面时，耐久性进一步提高，故优选。在电极图形的所有外周由曲线形成时，位移量进一步变大且耐久性提高，故优选。
下面，对本实施方式3的叠层型压电元件的制法进行说明。
在本制造方法中，首先，与实施方式1及2相同，制作陶瓷生片及内部电极82用的导电膏。
接着，在各生片上表面通过丝网印刷等方法印刷1～40μm厚度的导电膏。
这时，形成内部电极图形，使不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状设成非线对称形状。
而且，叠层多个在上表面印刷了导电膏的生片，再对该叠层体以规定的温度脱粘合剂后，通过在900～1200℃烧成而制成叠层体80。
这时，在惰性层14部分的生片中添加银-钯等构成内部电极82的金属粉末、或在叠层惰性层14部分的生片时将由银-钯等构成内部电极82的金属粉末及无机化合物、粘合剂、增塑剂组成的浆料印刷在生片上，从而，可使惰性层14与其他部分的烧结时收缩动作状态以及收缩率相一致，故优选，这与实施方式1及2相同。
此外，叠层体80并不仅限于通过上述制法制成的，只要能够制作通过交替叠层多个压电体11和多个内部电极82而成的叠层体80，无论采用哪种制法形成均可。
以下，与实施方式1及2相同，可制造实施方式3的叠层型压电元件。
本发明的叠层型压电元件并不局限于此，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行各种变更。
另外，上述对在叠层体80相对置的侧面形成外部电极85的例子进行了说明，但本发明中例如也可在相邻的侧面上形成一对外部电极。
实施方式4
接下来，对本发明实施方式4的叠层型压电元件进行说明。图10A、图10B是表示本实施方式4的叠层型压电元件的构成的图，其中，图10A是立体图、图10B是表示压电体和内部电极的叠层状态的展开立体图。另外，图11是表示本发明的叠层型压电元件的内部电极图形的放大图，其中，图11A是表示压电体和内部电极的叠层状态的展开立体图、图11B是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的透视图。
本实施方式4的叠层型压电元件，除了内部电极的构成与实施方式3不同之外，其他构成均与实施方式3大致相同。
即，在实施方式4的叠层型压电元件中，在交替叠层压电体11和内部电极92而成的叠层体13的一对相对置的侧面形成外部电极85，其外部电极85和内部电极92如下述那样进行连接。这里，形成在一对侧面中一侧面上的外部电极85是正极的外部电极，形成在另一侧面上的外部电极是负极或接地用的外部电极。而且，在叠层体90中，正极用内部电极92和负极用内部电极92交替配置，在一侧面上，外部电极85，与正极用内部电极92相连接、与负极用内部电极92通过绝缘区域96绝缘分离开。另外，在另一侧面上，外部电极85，与负极用内部电极92相连接、与正极用内部电极92通过绝缘区域96绝缘分离开。
这里，尤其在实施方式4的叠层型压电元件中，图10B所示，其特征在于：将形成在压电体11主面的绝缘区域96和内部电极92的边界形成为圆弧形状(R状)。这样将绝缘区域96和内部电极92的边界形成为圆弧形状是因为：若内部电极92和绝缘区域96的边界为直线状，则发现在边界的一部分产生裂缝时，以该一点为起点沿边界裂缝呈直线状生长而破坏元件。另外还因为：通过在内部电极92和绝缘区域96的边界具有如使直线彼此间对接那样的角形状的端部的内部电极图形来形成时，应力集中在上述角形状的端部有可能在绝缘区域96产生裂缝。在这样产生裂缝时，其裂缝传播，在极性不同的内部电极92和外部电极85之间产生短路，叠层型压电体元件的耐久性明显降低。
此外，在图10B中，将内部电极92的图形向绝缘区域96以凸型形成为R状，但，在本发明中由于内部电极92和绝缘区域96的边界是R状即可，所以并不仅限于上述凸型。例如也可以：将内部电极92的图形向绝缘区域96形成为凹型、或将具有R状的凸型和凹型交替连续形成(例如，参照图10C、10D、10E)。
另外，从上述明显可知：为了更加提高叠层型压电元件的耐久性，优选是凸型或凹型中任一个的R状，因为与具有多个不同曲率半径的曲部相比由单一曲率半径的曲部形成上述边界其耐久性优越，故优选。并且，在给叠层型压电元件外加电压使元件位移后，解除电压时从元件侧面给内部电极施加压缩应力，因此，为了进一步提高耐久性，优选凹型。
另外，优选具有不同极性的内部电极92彼此间经由压电体11相重叠的部分的形状为R状。这是因为：由于被不同极性的内部电极所夹的压电体11的区域是有效位移的区域，所以只要上述重叠的部分的端部形状是直线状，则应力会集中在上述边界，并在该处容易产生裂缝。从而，由于具有不同极性的上下内部电极92间所夹的压电体11沿叠层型压电元件的驱动方向即叠层方向伸缩驱动，所以上述裂缝容易从上述边界沿叠层方向生长，有可能产生将极性不同的内部电极92彼此间连结起来那样的裂缝导致短路。
而且，优选上述不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的形状为点对称形状。这是因为：在不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的形状不为点对称的情况下，若使元件位移，则元件位移的中心軸不集中，因此，会导致位移的軸晃动，故不优选。通过内部电极92的形状为点对称形状，而元件位移的中心軸成为一直线，元件位移的軸不晃动，因此，能够提供位移方向呈一直线而位移不晃动的耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。
这里，提到的点对称是表示存在所谓对称中心的形状。即，在不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的面内规定任意1点，在以该1点为中心使不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a与面平行旋转的情况下，旋转前后的形状在180°以内的旋转角重合。而且，这时成为旋转中心的点是对称中心。作为点对称广泛公知有180°旋转对称、120°旋转对称、90°旋转对称，但是，优选：通过抑制用于确保内部电极92和外部电极85导通的路径为最小限度，而能以简单的结构高精度地制作叠层型压电元件的180°旋转对称。
另外，在对称的中心是不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的重心时，由于叠层型压电元件所有的不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的重心沿叠层方向集中在一直线上，所以不仅位移方向的中心軸成为一直线，而且，重心与位移方向的中心軸相一致，因此，能够提供耐久性优越的高可靠性的压电执行机构，故进一步优选。
并且，优选内部电极92在叠层体13的侧面露出。这是因为：对于内部电极92在元件侧面不露出的部分，由于电极不露出的位置在驱动时不能位移，所以驱动时位移的区域封在元件内部，而位移时的应力容易集中在上述边界处，会产生耐久性的问题，故不优选。
这里，如图11A所示，将被外加不同极性的电压的内部电极92的电极图形配置在压电体11上，如图11B所示，以上述电极图形彼此间经由压电体11相重合的区域表示所谓不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a。实际上，压电体11在被外加不同极性的电场的内部电极92所夹的区域(上述的不同极性的内部电极92彼此间经由压电体11相重叠的部分92a)有效地压电位移，作为叠层型压电元件进行驱动。
另外，优选上述R状的曲率半径R为0.5～10mm。这是因为：在上述R状的曲率半径R小于0.5mm时，曲率小，所以实际上，内部电极92和绝缘区域96的边界与在内部电极图形形成如直线彼此间对接那样角形状的端部相同，应力集中在端部而容易在绝缘区域即压电体上产生裂缝。另外，只要曲率半径R为0.5～10mm，则即使内部电极和上述绝缘区域的边界的一部分产生裂缝的情况下，也因边界为曲线而能够抑制裂缝沿边界一下子呈直线状成长。在产生这样的裂缝时，有可以裂缝传播使不同极性的内部电极彼此间短路而破坏叠层型压电体元件。
另外，还因为：在超过10mm时，相反曲率变大，产生与内部电极92和绝缘区域96的边界为直线状时相同的现象，在边界的一部分产生裂缝的情况下，以该一点为起点沿边界裂缝生长而破坏元件。
上述R状的曲率半径R更优选为1～5mm，而可提高耐久性。若进一步设为1～3mm，则能够耐久性高且使叠层型压电元件小型化。
另外，优选：在内部电极92设置空隙21，在该内部电极92剖面上空隙21相对整个剖面积所占的面积比为5～70％。这是因为：在使空隙21相对内部电极92的面积占5～70％时，位移量变大，能够得到位移量优越的叠层型压电元件。
若内部电极92没有空隙21，则压电体11受到电场而变形时，容易受到来自内部电极92的束缚，因此，变形量变小，不能得到充分的叠层型压电元件的位移量。反之，内部电极92中有空隙21的叠层型压电元件，压电体自由变形，变形量变大。
这里，上述的空隙21相对内部电极92的面积的所占比例(空隙率)是在沿叠层方向切断叠层型压电元件的面上进行测定的。在该切断面，测定内部电极部分存在的空隙的面积，再将该空隙的面积的总和除以内部电极2的面积(也包括空隙在内)得到的值乘上100倍而得出。
另外，若空隙率比5％小，则压电体11被外加电场而变形时，受到来自内部电极92的束缚，抑制压电体11的变形，叠层型压电元件的变形量变小。另外，由于产生的内部应力也变大，所以也会给耐久性带来不良影响。
另一方面，若空隙率比70％大，则由于在空隙21间的电极部分产生极细的部分，所以内部电极92自身的强度降低，容易在内部电极92产生裂缝，最差时有可能产生断线等问题，因此，不优选。进一步讲，由于内部电极92的导电性降低，所以电压难以外加在压电体11上，有时不能得到充分的位移量。
此外，空隙21不仅设在电极部分间，也能以包含在电极部分内部的状态存在。
并且，上述空隙率更优选7～70％，最优选10～60％。通过这样，可使压电体1更顺畅地变形，并且，充分具有内部电极92的导电性，因此，能够增大叠层型压电元件的位移量。
另外，优选空隙21剖面中的最大宽度为1μm以上。在叠层型压电元件的叠层方向剖面上，引出与电极平行的线并测定该线在内部电极剖面上存在的空隙尺寸内的长度，而该最大宽度是测定值中的最大值。并且，从可更加增大位移量以及减少内部应力、提高耐久性的观点出发，空隙21的最大宽度更优选2μm，最优选3μm。
另外，在上述内部电极92剖面上以电极部分和空隙的界面与压电体11相接的部分为起点引出的与电极部分相切的切线22和压电体11所成的角度23优选60度以上。在叠层型压电元件的叠层方向的剖面上，以电极部分和空隙21的界面与压电体11相接的点为起点，引出与电极部分相切的线，以该切线22和压电体11所成的角度23表示该角度。
这里，在角度23小于60度时，内部电极92中的电极部分与压电体11相接产生的弯液面部位变大，内部电极92约束压电体11的力变大，有可能位移量降低。并且，从因内部电极92约束压电体11的力变小而可增大位移量、减小内部应力或提高耐久性的观点出发，角度更优选70度以上，最优选80度以上。
另外，优选叠层体13是多边形柱状体。这是因为：在叠层体13为円柱体时，若不是正圆则中心軸会晃动，因此，必须下功夫作成高精度的圆，难以采用同时烧成实现量产化的制法，另外，即使在叠层大致圆形状的叠层体后或在烧成后研磨外周形成为圆柱状，也难以高精度地对齐内部电极的中心軸。反之，若为多边形柱状体，可在决定了基准线的压电体上形成内部电极，并且也可沿基准线进行叠层，因此，能够以量产化的制法形成驱动軸即中心軸，从而，能够设成耐久性高的元件。
另外，通过不同极性的内部电极92和外部电极85的距离L1为0.1～5mm，而能够提供同时增大位移量及防止绝缘破坏二者的耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。在超过5mm时，随着内部电极面积的减少，压电体11的驱动区域变小，故不优选。在比0.1mm小时，绝缘特性急剧劣化。
为了增大驱动尺寸提高耐久性，优选0.1mm以上且3mm以下、更优选0.5mm以上且1mm以下。这里，所谓距离L1表示配置了内部电极92的压电体11上的内部电极92和外部电极85的绝缘距离中的最短距离。(如图12所示)。
并且，在本发明中，通过使元件表面的不同极性的内部电极92和外部电极85的距离L2(如图12所示)为0.1mm～5mm，而能够提供增大位移量的同时还可防止绝缘破坏的耐久性优越的高可靠性的压电执行机构。在超过5mm时，随着内部电极面积的減少，压电体11的驱动区域变小，故不优选。在比0.1mm小时，绝缘特性急剧劣化。
为了增大驱动尺寸提高耐久性，优选0.1mm以上且3mm以下、更优选0.5mm以上且1mm以下。这里，所谓距离L2表示叠层体13侧面上的1个内部电极92和外部电极85的绝缘距离中的最短距离。
下面，对实施方式4的叠层型压电元件的制法进行说明。
在本制造方法中，首先，与实施方式1～3相同，制作陶瓷生片及用于形成内部电极92的导电膏。
接着，在各生片上表面通过丝网印刷等方法印刷1～40μm厚度的导电膏。这里，为了在内部电极92上形成R状的图形，预先在丝网印刷版上形成用于成为R状的图形进行印刷。在利用薄膜方法形成电极的情况下，将形成有用于成为R状的图形的金属掩模为代表的掩模图形配置成生片状而形成电极图形。
而且，叠层多个在上表面印刷了导电膏的生片，再对该叠层体以规定的温度脱粘合剂后，在900～1200℃烧成而制成叠层体13。
以下，与实施方式3相同，达成本实施方式4的叠层型压电元件及利用其的叠层型压电执行机构。
本发明的叠层型压电元件并不局限于此，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行各种变更。
另外，上述对在叠层体13相对置的侧面形成外部电极85的例子进行了说明，但本发明中例如也可在相邻的侧面上形成一对外部电极。
实施方式5
本发明实施方式5的叠层型压电元件，在将实施方式1的叠层型压电元件中的构成内部电极12的金属元素的热膨胀系数设为α1、构成外部电极15的金属的热膨胀系数设为α2时，热膨胀系数比(α1/α2)为0.9以上且小于1。除了该内部电极12的热膨胀系数和外部电极15的热膨胀系数之间具有特定的关系之外，实施方式5的叠层型压电元件与实施方式1的叠层型压电元件构成相同。
这样，内部电极12的热膨胀系数和外部电极15的热膨胀系数之间具有特定的关系基于以下理由。在上述热膨胀系数比(α1/α2)比0.9小时，内部电极12中金属的热膨胀系数和外部电极15中金属的热膨胀系数的差变得过大，因此，在元件的连续驱动次数增加使元件温度上升的情况下，在内部电极12和外部电极15的接合部产生密接不良，叠层型压电元件的有效位移量变小或在连续驱动过程中各电极产生剥离或内部电极12和外部电极15的接合部产生断线。另一方面，在热膨胀系数比(α1/α2)为1以上时，在连续驱动叠层型压电元件的情况下，除了内部电极12热膨胀外，压电瓷器自身的尺寸也会变化，因此，施加在内部电极12和外部电极15的接合部的负荷变大。从而，叠层型压电元件的耐久性变差，有效位移量变小，并且，在连续驱动过程中产生上述那样的剥离或断线。
即，通过热膨胀系数比(α1/α2)为0.9以上且小于1，而也可防止叠层型压电元件的执行位移量变小的问题和剥离部分产生火花导致破坏的问题。进一步讲，不存在装置的误动作，能够具有不产生热失控的优越的耐久性。
在如上所述的本发明的叠层型压电元件中，为了使热膨胀系数比(α1/α2)为0.9以上且小于1而可采用下述方法。
在此之前，为了制作叠层型热电元件，在交替叠层压电体11和内部电极12后，同时烧成使压电瓷器和内部电极12烧结，之后，设置外部电极15。这时，为了同时烧结压电体11和内部电极12，作为内部电极12材料，采用具有烧结温度比银单质高且烧结温度比钯或铂单质低这样的特征的银与钯的合金金属。另一方面，作为外部电极15为了以比同时烧成压电体11和内部电极12的温度低的温度形成，而印刷在银中添加了玻璃材料而成的银膏进行烧成。但是，这些内部电极12和外部电极15的金属材料不一致会产生热膨胀差导致元件耐久性降低。即，在以热膨胀系数比(α1/α2)表示时，其热膨胀系数比(α1/α2)比0.9小。
对于此，在本发明中，为了使热膨胀系数比(α1/α2)为0.9以上且小于1，而需要由热膨胀系数接近的电极材料构成内部电极12和外部电极15、或在内部电极12和外部电极15中添加热膨胀系数接近的无机化合物。尤其，在这些电极中的金属和无机化合物不分散均匀、金属成分在内部电极12金属与外部电极15金属接合处偏多时，可有效地减小内部电极电阻抑制元件温度上升。为此，具有在烧成外部电极15时减缓从最大烧成温度降温的降温速度的方法。具体地讲，只要降温速度为600℃/小时以下即可，优选为300℃/小时以下。而且，为了提高元件的耐久性，优选热膨胀系数比(α1/α2)为0.95以上且小于1，更优选热膨胀系数比(α1/α2)为0.97以上且小于1。
另外，本实施方式6的叠层型压电元件，如图15所示，优选在内部电极12和外部电极15的接合部形成中间层70。
这是因为：在例如由溅射等薄膜制作技术形成外部电极15时，不能形成中间层，因此，基于内部电极12和外部电极15的热膨胀差产生的应力集中在内部电极12和外部电极15的接合部，在驱动叠层型压电元件的情况下，在内部电极12和外部电极15的接合部断开，在断开面产生火花或容易导致元件驱动停止。
另一方面，为了形成中间层70，可以通过焙烧形成外部电极15，使内部电极12和外部电极15中所含的金属成分相互扩散。
具体地讲，其是焙烧添加了低熔点玻璃材料的外部电极膏，使能够以比内部电极烧成温度低的温度在外部电极中形成液相的方法。但是，由于只通过上述的方法不能形成中间层70，所以可以进一步将构成外部电极15的金属氧化物添加在外部电极膏中，促进外部电极金属在液相中的分散。据此，在进行外部电极15烧结的同时、在与外部电极15相接的内部电极12中经由液相将中间层70形成在内部电极和外部电极的接合部。这时，作为添加到外部电极膏中的物质，虽然可以只是构成外部电极15的金属氧化物，但是为了在低温下形成液相，而优选与其他的玻璃成分混合、或预先作为玻璃材料成分添加构成外部电极的金属氧化物。
另外，确认中间层70的形成的方法虽然可以通过显微镜进行，不过优选通过SEM来确认。
此外，在将构成内部电极12的金属元素的热膨胀系数设为α1、将构成外部电极15的金属热膨胀系数设为α2时，热膨胀系数比(α1/α2)为0.9以上且小于1，并且通过在内部电极12和外部电极15的接合部设置中间层70，而可成为耐久性极优的叠层型压电元件。
这时，通过构成内部电极12的金属组成物的80质量％以上是构成外部电极15的金属组成物的主成分，而使内部电极12中的金属部分和外部电极15中的金属部分相互扩散，可在内部电极和外部电极之间得到极强的密接强度。因此，即使在内部电极和外部电极之间产生热膨胀差也不会产生剥离。另外，由于不会在内部电极和外部电极之间形成新的金属间化合物，所以能够防止形成在驱动叠层型压电元件时成为应力破坏的起点的组成不均匀处。据此，不存在装置误动作，并且，能够具有不会产生热失控的优越的耐久性。反之，外部电极15的金属组成物的主成分在内部电极12的金属组成物中构成小于80质量％时，在内部电极12和外部电极15之间形成新的金属间化合物或合金，有时产生该形成部变硬且变脆的问题。尤其，由于叠层型压电元件是通过驱动而尺寸变化的元件，所以随着尺寸变化，在外部电极15和内部电极12的接合部负担应力。在该接合部形成硬且脆的金属间化合物或合金时，有时随着元件的变形而在连续驱动过程中产生上述的剥离或断线。另一方面，在只由构成外部电极15的金属组成物的主成分构成内部电极12时，不能通过相互扩散形成中间层70。因此，在内部电极12和外部电极15的接合部不形成应力缓和层，从而，在连续驱动时叠层型压电元件位移时，不具有耐久性。
此外，为了提高元件耐久性，优选构成内部电极12的金属组成物的85质量％以上是构成外部电极15的金属组成物的主成分，更优选90质量％以上，最优选95质量％。
另外，本发明的叠层型压电元件优选由构成内部电极12的金属成分和构成外部电极15的金属成分组成的成分构成中间层70。据此，内部电极12和外部电极15相互扩散可具有极强的密接强度。另外，由于在内部电极12和中间层70之间、以及外部电极15和中间层70之间不形成有金属间化合物或玻璃质，所以可防止成为应力破坏的基点的硬且脆的位置的形成。
并且，由于可使烧成内部电极12时的环境和烧成外部电极15时的环境相同，所以能够防止随着烧成环境变化带来的电极构成金属的氧化还原反应等化学反应。因此，可抑制在内部电极12和外部电极15之间产生密接不良而导致在连续驱动过程中产生上述的剥离或断线，不存在装置的误动作，进而可具有不产生热失控的优越的耐久性。
这里，由于若在中间层70存在玻璃质等无机化合物，则因内部电极12和外部电极15的热膨胀差产生的应力集中在中间层70，所以比金属硬且脆的无机化合物成为破坏的起点，因此，有时随着元件的变形而在连续驱动过程中产生上述的剥离或断线。
为了由构成内部电极12的金属成分和构成外部电极15的金属成分组成的成分构成中间层70，而在形成外部电极时形成加入了外部电极氧化物的液相使金属成分在内部电极金属和外部电极金属之间有选择地结晶生长，液相成分被赶出到中间层70外部形成中间层70。为此，谋求在保持外部电极烧成温度时形成液相、在冷却阶段使无机化合物不残留在中间层70内，但是，通过在玻璃材料中添加外部电极氧化物，可在烧成冷却时外部电极氧化物的金属成分进入中间层70，液相在中间层70周围作为玻璃层析出。这时，冷却速度一快就会在外部电极氧化物的金属成分进入中间层70之前，以氧化物的形态形成在中间层70内，因此，可以使从烧成保持温度冷却到600℃的冷却速度比500℃/小时慢。
另外，本发明的叠层型压电元件，在以上述中间层70的热膨胀系数为α3时，无论α3比α1和α2都大还是都小，元件驱动过程中的应力都集中在中间层70产生断裂。并且，若α2＜α3＜α1，则在连续驱动叠层型压电元件的情况下，除了内部电极12热膨胀之外，压电瓷器自身的尺寸也会变化，因此，加在内部电极12和外部电极15的接合部分的负荷变大，耐久性变差，有效位移量变小或连续驱动过程中产生剥离或断线。因此，通过α1＜α3＜α2，可使内部电极12和外部电极15相互扩散产生极强的密接强度，而且，因内部电极和外部电极的热膨胀差产生的应力集中在整个中间层，从而，可避免应力集中在1点，能够抑制在内部电极12和外部电极15之间产生密接不良而在连续驱动过程中产生上述剥离或断线，不存在装置的误动作，并且，可具有不产生热失控的优越的耐久性。在SEM观察过程中一边测量观察位置的温度一边加热，而通过测量温度和中间层70的尺寸来测定中间层70的热膨胀系数。或者，也可以另外制作同一组成的试样求得热膨胀系数。
另外，本发明的叠层型压电元件的上述中间层70的组成优选从内部电极12中的金属组成向外部电极15中的金属组成傾斜变化。这样，由于因内部电极和外部电极的热膨胀差产生的应力不会集中在中间层的一点而能够缓和上述应力，所以，可防止电极剥离，提高内部电极和外部电极的密接强度，进一步使耐久性优越。即，在连续驱动叠层型压电元件的情况下，即使除了内部电极12热膨胀之外压电瓷器自身尺寸还变化，也可抑制内部电极12与中间层70、及外部电极15与中间层70之间的应力集中，能够以中间层70整体吸收应力。据此，可抑制因内部电极12和外部电极15之间的密接不良产生的连续驱动过程中的剥离或断线，不存在装置的误动作，进而可具有不产生热失控的优越的耐久性。为了形成那样的傾斜层，在将外部电极安装在元件上的情况下，需要进行热処理。但是，为了抑制内部电极的金属组成和外部电极的金属组成相互扩散且成为均一组成，而需要在比内部电极的金属组成和外部电极的金属组成中的熔点或液相线低的温度下进行其热処理。优选在熔点或液相线的绝对温度的50％～95％的温度下、更优选在80％～95％的温度下进行热処理，从而，能够使上述中间层70的组成从内部电极12中的金属组成向外部电极15中的金属组成傾斜变化。
以上实施方式5的叠层型压电元件，除了如上所述形成中间层之外，都与实施方式1等相同地制作。
以下，对本发明的实施方式1～5中的内部电极、外部电极及压电体的更优选方式进行说明。
(内部电极)
内部电极2中的金属组成物优选以8～10族金属及/或11族金属为主成分。这是因为：若使用这些金属，则除了可抑制迁移之外，上述的金属组成物还具有高耐热性，因此，也可以同时烧成烧成温度高的压电体1和内部电极2。这样在同时烧成压电体和内部电极时，不仅可牢固地接合接合界面，而且，即使元件位移、应力加在内部电极上，也由于内部电极自身伸缩防止应力集中，所以能够抑制裂缝的产生。另外，如实施方式2中所述的那样，由于与压电体1的润湿性差，所以容易在压电体1和内部电极2的界面产生空隙，在将它们叠层进行烧成时，能够形成具有比较高的空隙的内部电极2。
并且，内部电极2中的金属组成物，在以8～10族金属的含有量为M1(质量％)、以11族金属的含有量为M2(质量％)时，优选以满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属组成物为主成分。这是因为：在8～10族金属超过15质量％时，内部电极2的电阻率变大，在连续驱动叠层型压电元件的情况下，有时内部电极2发热。据此，满足上述条件是因为可抑制叠层压电体元件的温度上升，使元件位移量稳定。另外，为了进一步抑制内部电极2中的11族金属向压电体1的迁移，优选8～10族金属为0.001质量％以上且15质量％以下。另外，出于提高叠层型压电元件10的耐久性这一点考虑，优选0.1质量％以上且10质量％以下。另外，在热传导优越、需要更高的耐久性的情况下，更优选0.5质量％以上且10质量％以下。另外，在谋求更高的耐久性的情况下，进一步优选1质量％以上且8质量％以下。
这里还因为：在11族金属小于85质量％时，内部电极2的电阻率变大，在连续驱动叠层型压电元件10的情况下，有时内部电极2发热。另外，为了抑制内部金属2中的11族金属向压电体1的迁移，优选11族金属为85质量％以上且99.999质量％以下。另外，出于提高叠层型压电元件10的耐久性这一点考虑，优选90质量％以上且99.9质量％以下。另外，在需要更高的耐久性的情况下，更优选90.5质量％以上且99.5质量％以下。另外，在谋求进一步高的耐久性的情况下进一步优选92质量％以上且98质量％以下。
上述的内部电极2中金属成分的示出质量％的8～10族金属、11族金属可通过EPMA(Electron Probe Micro Analysis)法等分析方法来特定。
并且，本发明的内部电极2中的金属成分优选：8～10族金属是Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中至少1种以上、11族金属是Cu、Ag、Au中至少1种以上。这是因为：它们是近年来在合金粉末合成技术上量产性优越的金属组成。
而且，内部电极2中的金属成分优选：8～10族金属是Pt、Pd中至少1种以上、11族金属是Ag、Au中至少1种以上。据此，可以形成耐热性优越、电阻率小的内部电极2。
另外，内部电极2中的金属成分更优选：11族金属是Cu。据此，在可以形成热传导性优越的内部电极2的同时、还可以减小产生的内部应力。
此外，在采用内部电极2中的金属成分为11族金属中的Cu的叠层压电体元件的喷射装置中，例如即使产生燃料喷射压力急剧上升的情形，也可防止喷射装置失控。即，在燃料喷射压力急剧上升、喷射装置内的元件曝露于燃料蒸气中的情况下，采用Ag电极的元件，存在由燃料中所含的S(硫)形成AgS，Ag腐蚀使元件的驱动停止的问题，但是，如果内部电极是Cu，则成为即使相对于S也稳定的材料，因此，即使产生异常情形，驱动上也不会产生问题。
并且，内部电极2中的金属成分的8～10族金属优选为Ni。据此，可以形成耐热性及耐氧化性优越的内部电极2。
另外，优选在上述内部电极中添加与构成上述内部电极的材质的润湿性差的无机组成物。这是通过润湿性差的无机组成物位于内部电极2中，而在烧成时与内部电极2的润湿性差，因此，该无机组成物周围的电极部分2a剥离，会在周围形成没有电极部分2a的部分即空隙20，在形成空隙方面有利，其结果，能够提高位移量。这里，作为上述无机组成物优选以BN、TiN、ZrN等氮化物为主成分、更优选以BN为主成分。此外，无机组成物也可以形成在压电体1表面。
(压电体)
另外，压电体1优选以钙钛矿型氧化物为主成分。这样，例如在由以钛酸钡(BaTiO3)为代表的钙钛矿型压电陶瓷材料等形成时，由于表现其压电特性的压电应变常数d33高，所以可增大位移量，并且，也能够同时烧成压电体1和内部电极2。作为上述示出的压电体1，优选以由压电应变常数d33比较高的PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。
并且，压电体的烧成温度优选900℃以上且1050℃以下。这是因为：在烧成温度为900℃以下时，烧成温度低而烧成不充分，难以制成致密的压电体1；另外，若烧成温度超过1050℃，则烧成时因内部电极2的收缩和压电体1的收缩偏差产生的应力变大，在叠层型压电元件10连续驱动时有可能产生裂缝。
另外，优选与压电体的烧成温度有关系的内部电极2中的组成偏差在烧成前后为5％以下。这是因为：在内部电极2中组成的偏差在烧成前后超过5％时，内部电极12中的金属材料向压电体11的迁移变多，相对于由叠层型压电元件10的驱动产生的伸缩，内部电极2有可能不跟随。
这里，所谓内部电极2中组成的偏差，表示通过构成内部电极2的元素因烧成导致蒸发或向压电体1扩散而内部电极2的组成变化的变化率。
(外部电极)
另外，外部电极优选由呈三维网状结构的多孔质导电体构成。如果外部电极4不由呈三维网状结构的多孔质导电体构成，则外部电极4不具有挠性，因此，不能跟随叠层型压电执行机构的伸缩，从而，有时产生外部电极4断线或外部电极4与内部电极2的接点不良。这里，所述三维网状结构，并不是指在外部电极4中存在所谓球形的空穴的状态，而暗示为如下述那样的构成外部电极4的导电材料粉末和玻璃粉末三维连结接合的状态，即，为了在比较低温的条件下焙烧构成外部电极4的导电材料粉末和玻璃粉末，空穴不阻止烧结进行而以某种程度连结的状态存在。
或者，优选外部电极4中的空隙率为30～70体积％。这里，所谓空隙率是空隙4a在外部电极4中所占的比率。这是因为：如果外部电极4中的空隙率比30体积％小，则外部电极4不能承受因叠层型压电执行机构伸缩产生的应力，外部电极4有可能断线；在外部电极4中的空隙率超过70体积％时，由于外部电极4的电阻值变大，所以在流过大电流时外部电极4产生局部发热有可能导致断线。
另外，优选构成外部电极4的玻璃的软化点(℃)是构成内部电极2的导电材料熔点(℃)的4/5以下。这是因为：构成外部电极4的玻璃的软化点超过构成内部电极2的导电材料的熔点的4/5时，由于构成外部电极4的玻璃的软化点和构成内部电极2的导电材料的熔点成为相同程度的温度，所以焙烧外部电极4的温度必然接近构成内部电极2的熔点，因此，在焙烧外部电极4时，内部电极2及外部电极4的导电材料凝聚而妨碍扩散接合、或、不能将焙烧温度设定在使外部电极4的玻璃成分充分软化的温度，所以有时不能得到由软化的玻璃形成的充分的接合强度。
并且，优选在外部电极4的压电体1侧表层部形成有玻璃富集层。这是因为如果不存在玻璃富集层，则难以与外部电极4中的玻璃成分接合，因此，有可能外部电极4不易与压电体层1牢固接合。
此外，优选构成外部电极4的玻璃为非晶质。这是因为在结晶质的玻璃中，外部电极4不能吸收由叠层型压电执行机构的伸缩引起的应力，因此，有时产生裂缝等。
而且，优选外部电极4的厚度比压电体层1的厚度薄。这是因为如果外部电极4的厚度比压电体层1的厚度厚，则由于外部电极4的强度增大，因此，在叠层体10伸缩时，外部电极4和内部电极2的接合部的负荷增大，有时发生接点不良。
此外，优选在外部电极4的外表面设置由埋设了金属网或网状金属板的导电性粘结剂构成的导电性辅助构件7。若在外部电极4的外表面设置导电性辅助构件7，则在向叠层型压电元件10通入大电流进行驱动时，外部电极4不能承受大电流而产生局部发热，有可能断线
另外，如果不在外部电极4的外表面使用金属网或网状金属板，则叠层型压电元件10伸缩产生的应力直接作用于外部电极4，从而有可能因驱动过程中的疲劳使外部电极4容易从叠层型压电元件10侧面剥离。
金属网是指编织金属线而成的结构，网状金属板是指在金属板上形成孔而形成网状的结构。
此外，优选导电性粘结剂由分散了导电性粒子的聚酰亚胺树脂构成。这是因为：通过使用聚酰亚胺树脂，即使在高温下驱动叠层型压电元件10时也能够具有比较高的耐热性，而且通过使用这样具有比较高的耐热性的聚酰亚胺树脂，导电性粘结剂也容易维持高的粘结强度。
并且，导电性粒子优选为银粉末。这是因为：通过导电性粒子使用电阻值比较低的银粉末，易于抑制导电性粘结剂的局部发热。
即，通过将电阻值低的银粉末分散在耐热性高的聚酰亚胺树脂中，即使在高温下使用时，也能够形成电阻值低且维持高粘结强度的导电性辅助构件7。此外，更优选所述导电性粒子为片状或针状等非球形的粒子。这是因为通过将导电性粒子的形状形成为片状或针状等非球形粒子，能够使该导电性粒子之间的聚合牢固，能够进一步提高该导电性粘结剂的剪切强度。
另外，本发明的叠层型压电元件10优选单板或叠层数为1或其以上。由此，可将对元件施加的压力转换为电压，并且，通过对元件施加电压，能够使元件位移，因此，即使在元件驱动过程中被施加预料不到的应力，也分散应力进行电压转换，由此，能够缓和应力，因此，能够提供耐久性优异的高可靠性的叠层型压电执行机构。
而且，优选：在本发明的叠层型压电元件10侧面端部露出的内部电极2和端部不露出的内部电极2被交替构成，在上述端部不露出的内部电极2和外部电极4之间的压电体1部分形成有槽3，在该槽内形成有杨氏模量比压电体1低的绝缘体。据此，在这样叠层型压电元件10中，可缓和因驱动过程中的位移产生的应力，因此，即使连续驱动，也能够抑制内部电极2的发热。
实施方式6
图16是表示本发明的实施方式6的喷射装置的图，在收纳容器31一端设有喷射孔33，并在收纳容器31内收容有可开闭喷射孔33的针阀35。
在喷射孔33可连通地设置有燃料通路37，该燃料通路37与外部的燃料供给源连结，通常以一定的高压向燃料通路37供给燃料。从而，形成为当针阀35开放喷射孔33时，供给到燃料通路37的燃料以一定的高压向内燃机的未图示的燃料室内喷出。
另外，针阀35的上端部的直径变大，构成为可与形成在收容容器31内的缸体39相滑动的活塞41。并且，在收容容器31内收容有上述的压电执行机构43。
在这样的喷射装置中，如果压电执行机构43被外加电压而伸长，则活塞41被推压，针阀35堵塞喷射孔33，停止燃料的供给。另外，如果停止外加电压，则压电执行机构43收缩，碟形弹簧45推回活塞41，喷射孔33与燃料通路37连通，进行燃料的喷射。
以上，虽然对本发明的实施方式的叠层型压电元件及喷射装置进行了说明，但本发明并不仅限于上述实施方式，例如，除了搭载在汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨等的液体喷射装置、光学装置等的精密定位装置或振动防止装置等中的驱动元件，或者搭载在燃烧压力传感器、测震传感器、加速度传感器、负荷传感器、超音波传感器、压敏传感器、偏航速率传感器等中的传感器元件，以及搭载在压电陀螺、压电开关、压电变压器、压电断路器等中的电路元件之外，只要是利用压电特性的元件，当然就可以适用。
【实施例】
实施例1
作为实施例1，按以下所述的方式制作了由本发明实施方式1的叠层型压电元件构成的叠层型压电执行机构。
首先，制成混合了以平均粒径为0.4μm的钛酸锆酸铅(PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷的预烧粉末、粘合剂、及增塑剂的浆料，用刮刀法制成厚度为150μm的压电体11的陶瓷生片。
在陶瓷生片的一面上通过丝网印刷法形成3μm厚度的导电膏，且该导电膏是在规定的组成比的银-钯合金中加入了氧化银和粘合剂而成的，叠层300张形成有该导电膏的片进行烧成。烧成是在800℃进行保持后、再在1000℃进行烧成。
然后，通过切片装置在叠层体侧面的内部电极端部每隔一层形成深度为50μm，宽度为50μm的槽。
接着，向平均粒径为2μm的片状的银粉末90体积％和剩余部分以平均粒径为2μm的硅作为主成分的软化点为640℃的非晶质的玻璃粉末10体积％的混合物中添加相对银粉末和玻璃粉末的总计重量100质量份为8质量份的粘合剂，充分混合而制作银玻璃导电膏。通过丝网印刷在脱模薄膜上形成这样制成的银玻璃导电膏，干燥后，从脱模薄膜剥离，得到银玻璃导电膏的片。经阿基米德法测定该片的原密度，为6.5g/cm3。
其次，将所述银玻璃导电膏的片转印在叠层体13的外部电极15面上，在650℃下焙烧30分钟，形成由呈三维网状结构的多孔质导电体构成的外部电极15。还有，此时的外部电极15的空隙率经图像解析装置解析外部电极15的剖面相片测定的结果，为40％。
之后，将导线连接在外部电极15上，借助导线向正极及负极的外部电极15施加15分钟的3kV/mm的直流电场而进行极化处理，制作了使用如图1所示的叠层型压电元件的叠层型压电执行机构。
对得到的叠层型压电元件外加200V的直流电压，结果沿叠层方向得到表1所示位移量。
接着，将制成的表1中的叠层型压电元件加工成3mm×4mm×36mm的尺寸、以JIS R1601的4点弯曲来测定弯曲强度。该试样片的内部电极12的电极面与试验片的长度方向大致垂直。在该试样片上从与长度方向大致垂直的方向负载，测定弯曲强度。在试验中，由于当试验片在内部电极12和压电体11的界面破坏时，压电体和内部电极之间的接合强度比压电体的强度大，所以将这时的值作为压电体和内部电极之间的接合强度。另一方面，由于试验片在压电体11处破坏时，压电体的强度比压电体和内部电极之间的接合强度大，所以将该值作为压电体的强度。
为了进行比较，将压电体加工成3mm×4mm×36mm的尺寸，以JISR1601的4点弯曲来测定弯曲强度，其结果记载在表1中。
表1
No. 试样片   无机组成物添加量(体积％) 破坏处   接合强度   弯曲强度(MPa)   位移量(μm)
  *1   元件   75.0   压电体   强   104   8
  2   元件   50.0   边界   弱   70   42
  3   元件   40.0   边界   弱   50   49
  4   元件   30.0   边界   弱   40   52
  5   元件   20.0   边界   弱   30   54
  6   元件   15.0   边界   弱   25   55
  7   元件   10.0   边界   弱   20   56
  8   元件   5.0   边界   弱   15   57
  9   元件   1.0   边界   弱   10   58
  10   元件   0.0   边界   弱   10   58
  *11   压电体   -   压电体   -   105   -
*标记表示本发明范围外的例子。
表1中，元件是叠层型压电元件。另外，破坏处记为压电体的部分表示只在压电体破坏，破坏处记为边界的部分表示在压电体和内部电极的边界破坏。
另外，无机组成物添加量是按体积％表示内部电极中无机组成物添加量。
而且，接合强度栏表示与压电体的强度相比，压电体和内部电极之间的接合强度是强还是弱，位移量是指叠层型压电元件的位移量。
从表1可以确认：在压电体11和内部电极12之间的接合强度比压电体11的强度强时(试样No.1)，不能充分增大叠层型压电元件的位移量；而在压电体和内部电极之间的接合强度比压电体的强度弱时(试样No.2～7)，能够充分增大叠层型压电元件的位移量。
实施例2.
作为实施例2制作由本发明的实施方式1的叠层型压电元件构成的叠层型压电执行机构进行评价。
该实施例2的叠层型压电元件与实施例1相比，其内部电极12的材料组成不同。该实施例2的叠层型压电元件，除了内部电极12的材料组成以外，均与实施例1相同制成，且按与实施例1相同的方法进行评价。
表2表示这样评价的与弯曲强度的关系。此外，也一并测定了各试样的位移量的变化率。作为变化率，对各试样的叠层型压电元件达到驱动次数1×109次时的位移量(μm)、和开始连续驱动前的叠层型压电元件初期状态的位移量(μm)进行比较，调查位移量和叠层型压电元件劣化的程度。其结果表示在表2中。
表2
No.   Pd(重量％)   Pt(重量％)   Ag(重量％)   其他金属(重量％)   位移量的变化率(％)
  1   0   0   100   0   破坏
  2   0.001   0   99.999   0   0.7
  3   0.01   0   99.99   0   0.7
  4   0.1   0   99.9   0   0.4
  5   0.5   0   99.5   0   0.2
  6   1   0   99   0   0.2
  7   2   0   98   0   0
  8   4   1   95   0   0
  9   5   0   95   0   0
  10   8   0   92   0   0
  11   9   0   91   0   0.2
  12   9.5   0   90.5   0   0.2
  13   10   0   90   0   0.4
  14   15   0   85   0   0.7
  15   20   0   80   0   0.9
  16   30   0   70   0   0.9
17 0 0 0   Cu100％ 0.2
18 0.1 0 0   Cu99.9％ 0
19 0 0 0   Ni100％ 0.4
(1)Pd、Pt、Ag、其他金属以重量％表示内部电极金属中的含有量。
(2)位移量的变化率表示连续驱动后相对初期状态的变化量的变化。
从表2发现：在试样No.1的内部电极12为100％银时，叠层型压电元件由于银迁移而损坏不能连续驱动；此外，试样No.15、16，在内部电极12的金属组成物中8～10族金属含有量超过15重量％，而且，11族金属的含有量小于85重量％，因此，内部电极12的硬度增大，叠层型压电执行机构的耐久性降低。
与此相对，还发现：No.2～14，内部电极12中的金属组成物在将8～10族金属的含有量为M1质量％、将11族金属的含有量为M2质量％时以满足0≤M1≤15、85≤M2≤100、M1+M2＝100质量％的金属组成物为主成分，因此，可减小内部电极12的硬度，并且，能够减小内部电极12的电阻率，即使连续驱动也可抑制在内部电极12产生的发热，因此，可制作元件位移量稳定的叠层型执行机构。
而且，发现：No.17～19也可减小内部电极的硬度，并且，能够减小内部电极12的电阻率，即使连续驱动也可抑制在内部电极12产生的发热，因此，可制作元件位移量稳定的叠层型执行机构。
实施例3
在实施例3中，如下述那样制作由本发明实施方式2的叠层型压电元件构成的叠层型压电执行机构进行评价。
这里，首先，制作混合了以钛酸锆酸铅(PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷的预烧粉末、粘合剂、及增塑剂而成的浆料，利用刮刀法制作厚度150μm的成为压电体1的陶瓷生片。
在该陶瓷生片的一面上通过丝网印刷法印刷厚度4μm的导电膏，该导电膏是在以任意组成比形成的银-钯合金中加入Ag和粘合剂而成的。准备300张这些片用作叠层体。除此另外准备成为保护层的生片，将它们按照从下起30张保护层、300张叠层体、30张保护层这样的顺序进行叠层，压制后，脱脂，以Ag熔点以上的温度暂时保持后，以1000℃最终烧成。另外，除此之外，在将粘合剂加到Ag中而成的导电膏中添加BN，经过同样的工序，得到空隙20的比例比较大的内部电极2。并且，在Cu中加入了粘合剂而成的导电膏、在Ni中加入了粘合剂而成的导电膏也同样通过丝网印刷法印刷成4μm的厚度。准备300张这些片用作叠层体。除此另外准备成为保护层的生片，将它们按照从下起30张保护层、300张叠层体、30张保护层这样的顺序进行叠层，压制后，脱脂，以各自导电膏所含的金属熔点以上的温度暂时保持后，再升温最终烧成。
之后，通过切片装置在叠层体侧面的内部电极2端部每隔一层形成深度50μm、宽度50μm的槽。
接着，在平均粒径2μm的片状银粉末为90体积％、其他部分为以平均粒径2μm的硅为主成分的软化点为640℃的非晶质的玻璃粉末10体积％的混合物中，添加相对银粉末和玻璃粉末的总计质量100质量份为8质量份的粘合剂，充分混合而制作银玻璃导电膏。通过丝网印刷在脱模薄膜上形成这样制成的银玻璃导电膏，干燥后，从脱模薄膜剥离，得到银玻璃导电膏的片。经阿基米德法测定该片的原密度，为6.5g/cm3。
其次，将银玻璃膏的片转印在叠层体的外部电极面上，在650℃下焙烧30分钟，形成了由呈三维网状结构的多孔质导电体构成的外部电极4。还有，此时的外部电极4的空隙率经图像解析装置解析外部电极4的剖面相片测定的结果，为40％。
之后，将导线连接在外部电极4上，借助导线向正极及负极的外部电极施加15分钟的3kV/mm的直流电场而进行极化处理，制作了使用如图2所示那样的叠层型压电元件的叠层型压电执行机构。
对得到的叠层型压电元件外加170V的直流电压，结果得到表3所示位移量。并且，室温下对该叠层型压电元件以150Hz的频率外加0～+170V的交流电压进行驱动试验。
而且，该叠层型压电元件连续测试到驱动次数为1×109次，在那一时刻对叠层型压电元件外加170V的直流电压，测定位移量，计算出驱动试验前后的位移量的变化。驱动试验前后的位移量的变化表示为将驱动试验前后的位移差的绝对值除以驱动试验前的位移量再乘上100倍的值。
此外，空隙率、空隙的最大宽度及角度如下述那样进行测定。
空隙率是在将叠层型压电元件沿叠层方向切断得到的面上进行测定的。在其切断面上，测定内部电极2中存在的空隙20的面积，将其空隙20面积的总和除以内部电极2的面积(也包括空隙在内)得到的值乘上100倍而得出。在任意5处以上进行测定，以其平均值作为空隙率。另外，关于最大宽度，在叠层型压电元件10的叠层方向的剖面上，引出与电极平行的线并测定该线在内部电极2剖面上存在的空隙20尺寸内的长度，而该最大宽度是测定值中的最大值。在任意10处进行测定，将所有结果中最大的值作为最大宽度。最后，以内部电极2中电极部分2a和空隙20的界面与压电体1相接的部分为起点，从该起点引出的电极部分2a的切线和压电体1所成角度24的测定是：在叠层型压电元件10的叠层方向的剖面上，在任意10处测定任意10个角度，计算其平均值表示为代表值。其结果表示在表3中。
表3
No.   空隙率(％)   空隙的最大宽度(μm) 角度(度)   内部电极的主成分   初期位移量(μm)   变化率(％)
  *1   4   1   40   95Ag-5Pd   43   1.1
  2   5   16   50   95Ag-5Pd   48   0.8
  3   7   17   80   95Ag-5Pd   50   0.5
  4   10   18   80   95Ag-5Pd   53   0.3
  5   29   19   80   95Ag-5Pd   57   0.1
  6   48   20   80   95Ag-5Pd   57   0
  7   60   22   80   95Ag-5Pd   53   0.1
  8   70   23   80   95Ag-5Pd   50   0.4
  *9   80   43   80   95Ag-5Pd   43   1.0
  10   30   1   80   95Ag-5Pd   50   0.6
  11   30   2   80   95Ag-5Pd   55   0.4
  12   31   3   80   95Ag-5Pd   57   0.3
  13   32   5   80   95Ag-5Pd   57   0.1
  14   31   11   80   95Ag-5Pd   57   0.1
  15   31   20   80   95Ag-5Pd   57   0
  16   32   29   80   95Ag-5Pd   57   0
  17   30   52   80   95Ag-5Pd   55   0.3
  18   31   100   80   95Ag-5Pd   52   0.5
  19   32   300   80   95Ag-5Pd   52   0.5
  20   29   20   50   95Ag-5Pd   48   0.7
  21   30   21   60   95Ag-5Pd   54   0.5
  22   30   22   70   95Ag-5Pd   55   0.2
  23   32   20   80   95Ag-5Pd   57   0
  24   30   22   90   95Ag-5Pd   57   0.1
  25   31   20   120   95Ag-5Pd   55   0.2
  26   30   21   150   95Ag-5Pd   53   0.4
  27   32   20   80   99.9Ag-0.1Pd   55   0.3
  28   30   19   80   99.5Ag-0.5Pd   57   0.1
  29   29   20   80   99Ag-1Pd   57   0
  30   30   22   80   95Ag-5Pd   57   0
  31   32   21   80   92ag-8Pd   57   0
  32   30   22   80   90Ag-10Pd   55   0.1
  33   31   20   80   85Ag-15Pd   55   0.2
  34   32   21   80   80Ag-20Pd   53   0.4
  35   30   20   80   70Ag-30Pd   52   0.5
  36   29   22   80   60Ag-40Pd   52   0.5
  37   32   20   80   100Cu   56   0.1
  38   30   21   80   100Ni   55   0.1
(1)角度栏的角度表示内部电极的切线和压电体所成角度。
(2)变化率表示驱动试验前后的位移量的变化率。
从表3发现：比较例中的试样No.1，由于内部电极2的空隙率小于5％，所以内部电极2约束压电体1的力变大，因此，初期位移量明显变小，并且，在连续驱动试验前后的位移量的变化率为1.1％，其耐久性也降低；另外，试样No.9，由于内部电极2的空隙率超过70％，所以不能给压电体1外加期望的电压，初期的位移量降低，并且，在连续驱动时，随着内部电极2强度的降低，耐久性也降低。
与此相对，还发现：在内部电极2具有5～70％的空隙20的本发明的试样No.2～8、10～38的初期的位移量为48μm以上，与比较例中No.1、9相比，位移量大，作为叠层型压电元件10性能优越；本发明的试样No.2～8、10～38的在连续驱动试验前后的位移量的变化率为0.8％以下，与比较例中No.1、9相比要小，并且，本发明产品在耐久性方面也优越。
尤其，还发现：空隙20的最大宽度为1μm以上或以内部电极2中电极部分2a和空隙20的界面与压电体1相接的部分为起点，从该起点引出的电极部分2a的切线和压电体1所成角度24为60度以上的试样No.3～8、10～19、21～38的初期位移量大、为50μm以上，另外，在连续驱动试验前后的变化率小、为0.6％以下，作为叠层型压电元件其位移特性和耐久性也优越。
实施例4
在实施例4中，如下述那样制作由本发明的实施方式3的叠层型压电元件构成的叠层型压电执行机构。
首先，制作混合了以平均粒径为0.4μm的钛酸锆酸铅(PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷的预烧粉末、粘合剂、及增塑剂而得到的浆料，利用刮刀法制作厚度150μm的成为压电体1的陶瓷生片。
在陶瓷生片的一面上通过丝网印刷法形成3μm厚度的导电膏，叠层300张这样的片进行烧成。并且，该导电膏是在银-钯合金(银95质量％-钯5重量％)中添加了粘合剂而成的，烧成是在800℃进行保持后、再在1000℃进行烧成。
这里，内部电极82的形状分别印刷成图8、图9、图17、图18、图19所示的形状。
图8A～C是表示不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状为非线对称形状且为点对称形状、不同极性的内部电极在叠层型压电元件所有的元件侧面露出的内部电极图形的图。这里，图8A、图8B是表示具有不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图8C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的图。
图9A～C是表示不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状为非线对称形状且为点对称形状、不同极性的内部电极在叠层型压电元件所有的元件侧面露出的内部电极图形、并且内部电极图形形成有R面的图。这里，图9A、图9B是表示具有不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图9C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的图。
图17A～C是表示不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状为线对称形状且为点对称形状、只一极性的内部电极在叠层型压电元件的一部分元件侧面露出的内部电极图形的图。这里，图17A、图17B是表示具有不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图17C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的俯视图。
图18A～C是表示不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状为线对称形状且为点对称形状、不同极性的内部电极在叠层型压电元件所有的元件侧面露出的叠层型压电元件的内部电极图形的图。这里，图18A、图18B是表示不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图18C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的图。
图19A～C是表示不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状为线对称形状且为非点对称形状、不同极性的内部电极在叠层型压电元件所有的元件侧面露出的叠层型压电元件的内部电极图形的图。这里，图19A、图19B是表示不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图19C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的图。
接着，向平均粒径为2μm的片状的银粉末和剩余部分以平均粒径为2μm的硅作为主成分的软化点为640℃的非晶质的玻璃粉末的混合物中添加相对银粉末和玻璃粉末的总计重量100质量份为8质量份的粘合剂，充分混合而制作银玻璃导电膏。通过丝网印刷在脱模薄膜上形成这样制成的银玻璃导电膏，干燥后，从脱模薄膜剥离，得到银玻璃导电膏的片。
然后，将上述银玻璃膏的片转印叠层在叠层体80的外部电极85面上，以700℃焙烧30分钟，形成外部电极85。
之后，将导线连接在外部电极85上，借助导线向正极及负极的外部电极85施加15分钟的3kV/mm的直流电场而进行极化处理，制作了使用如图5A所示那样的叠层型压电元件的叠层型压电执行机构。
对得到的叠层型压电元件外加170V的直流电压，在所有的叠层型压电执行机构上沿叠层方向得到45μm的位移量。并且，室温下对该叠层型压电元件以150Hz的频率外加0～+170V的交流电压进行连续驱动试验到1×109次。其结果如表4所示。
表4
  No.   A   B   C   D   E   F   G   H   I   J   K
1   图8A图8B 图8C × ○ ○ × 50.0 49.9 - - -
2   图9A图9B 图9C × ○ ○ ○ 55.0 55.0 - - -
*3   图17A图17B 图17C ○ ○ × × 45.0 44.0 产生 产生 产生
*4   图18A图18B 图18C ○ ○ ○ × 50.0 49.0 产生 产生 产生
*5   图19A图19B 图18C ○ × ○ × 45.0 42.0 产生 产生 产生
*标记是本发明范围外的例子。
其中，表4中以字母文字表示的栏表示以下意思。
A：内部电极的构成；
B：不同极性的内部电极彼此间相重叠的部分的形状；
C：不同极性的内部电极彼此间相重叠的部分的形状为线对称；
D：不同极性的内部电极彼此间相重叠的部分的形状为点对称；
E：不同极性的内部电极在所有的元件侧面露出；
F：内部电极图形形成有C面或R面；
G：初期状态的位移量(μm)；
H：连续驱动后(1×109次)的位移量(μm)；
I：连续驱动后(1×109次)在叠层部分剥离；
J：高次谐波成分的噪音产生；
K：在1KHz以上产生蜂鸣音。
从表4发现：比较例中的试样编号3、4、5的内部电极82图形，由于不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状为线对称，所以在连续驱动叠层型压电执行机构时，压电位移变大的部分成为线对称的中心线，在该中心线上位移明显变大，因此，其位移传递到元件侧面的压电体11和内部电极82的叠层界面，施加在该叠层界面的负荷增大产生剥离，并且，产生蜂鸣音或噪音。
与此相对，本发明的实施例中的试样编号1、2中，内部电极82的图形，由于不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分82a的形状为非线对称，所以连续驱动1×109次后，元件位移量也不会明显降低，具有作为叠层型压电执行机构所需的有效位移量，另外，可制作不产生误动作具有优越的耐久性的叠层型压电执行机构。
尤其，试样编号2的内部电极图形具有R面，因此，连续驱动1×109次后，元件位移量也几乎不变化，耐久性极其优越。
实施例5
在实施例5中，改变实施例4的试样No.2的叠层型压电执行机构的内部电极82的材料组成，测定各试样的位移量的变化率。这里，所谓位移量的变化率是对各试样的叠层型压电元件达到驱动次数1×109次时的位移量(μm)和开始连续驱动前的叠层型压电元件初期状态的位移量(μm)进行比较得到的。其结果表示在表5中。
表5
No.   Pd(质量％)   Ag(质量％)   Cu(质量％)   Ni(质量％)   位移量的变化率(％)
  1   0   100   0   0   因迁移产生损坏
  2   0.001   99.999   0   0   0.7
  3   0.01   99.99   0   0   0.7
  4   0.1   99.9   0   0   0.4
  5   0.5   99.5   0   0   0.2
  6   1   99   0   0   0.2
  7   2   98   0   0   0
  8   4   95   1   0   0
  9   5   95   0   0   0
  10   8   92   0   0   0
  11   9   91   0   0   0.2
  12   9.5   90.5   0   0   0.2
  13   10   90   0   0   0.4
  14   15   85   0   0   0.7
  15   0   0   100   0   0.2
  16   0   0   99.9   0.1   0
  17   0   0   0   100   0.4
  18   20   80   0   0   0.9
  19   30   70   0   0   0.9
Pd、Ag、Cu、Ni(质量％)是按内部电极金属中所含的各元素的质量％表示的，位移量的变化率(％)表示连续驱动后相对初期状态的位移量的变化率。
从表5发现：在试样No.1将内部电极82设为100％银的情况下，叠层型压电元件由于银迁移而损坏不能连续驱动；另外，试样No.18，由于内部电极82中的金属组成物中，8～10族金属的含有量超过15质量％，另外，11族金属的含有量小于85质量％，所以内部电极82的电阻率大，而在连续驱动叠层型压电元件时发热，叠层型压电执行机构的位移量降低。
与此相对，还发现：试样No.2～14，由于内部电极82中的金属组成物在将8～10族金属的含有量为M1质量％、将11族金属的含有量为M2质量％时以满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100质量％的金属组成物为主成分，所以可减小内部电极82的电阻率，即使连续驱动也可抑制在内部电极82产生发热，因此，能够制作元件位移量稳定的叠层型执行机构。
并且，发现：试样No.15～17也可减小内部电极82的电阻率，即使连续驱动也可抑制在内部电极82产生发热，因此，能够制作元件位移量稳定的叠层型执行机构。
实施例6
在实施例6中，如下述那样制作由本发明的实施方式4的叠层型压电元件构成的叠层型压电执行机构。
首先，制作混合了以平均粒径为0.4μm的钛酸锆酸铅(PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷的预烧粉末、粘合剂、及增塑剂而得到的浆料，利用刮刀法制作厚度150μm的成为压电体11的陶瓷生片。
在陶瓷生片的一面上通过丝网印刷法按图13、图14、图20、图21、图22、图23所示的形状印刷形成3μm厚度的导电膏，分别叠层300张这样的片进行烧成。并且，该导电膏是在银-钯合金(银95质量％-钯5重量％)中添加了粘合剂而成的，烧成是在800℃进行保持后、再在1000℃进行烧成。
图13A～C表示内部电极92和绝缘区域96的边界为R状、不同极性的内部电极在叠层型压电元件的所有元件侧面露出的内部电极图形的图。这里，图13A、图13B是表示具有不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图13C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的图。
图14A～C是表示内部电极92和绝缘区域96的边界为R状、不同极性的内部电极在叠层型压电元件的所有元件侧面露出的内部电极图形、并且，压电体11上形成有R面的图。这里，图14A、图14B是表示具有不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图14C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的图。
图20A～C是表示内部电极92和绝缘区域96的边界为直线状、只一极性的内部电极在叠层型压电元件的一部分元件侧面露出的内部电极图形的图。这里，图20A、图20B是表示具有不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图20C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的俯视图。
图21A～C是表示内部电极92和绝缘区域96的边界为直线状、不同极性的内部电极在叠层型压电元件的所有元件侧面露出的叠层型压电元件的内部电极图形的图。这里，图21A、图21B是表示不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图21C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的图。
图22A～C是表示内部电极92和绝缘区域96的边界为直角状、不同极性的内部电极在叠层型压电元件的所有元件侧面露出的叠层型压电元件的内部电极图形的图。这里，图22A、图22B是表示不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图22C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的图。
图23A～C是表示内部电极92和绝缘区域96的边界为直线状、不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的形状为非点对称形、不同极性的内部电极在叠层型压电元件的所有元件侧面露出的叠层型压电元件的内部电极图形的图。这里，图23A、图23B是表示不同极性的各个内部电极图形的俯视图、图23C是表示具有不同极性的内部电极彼此间经由压电体11相重叠的部分92a的图。
接着，向平均粒径为2μm的片状的银粉末和剩余部分以平均粒径为2μm的硅作为主成分的软化点为640℃的非晶质的玻璃粉末的混合物中添加相对银粉末和玻璃粉末的总计重量100质量份为8质量份的粘合剂，充分混合而制作银玻璃导电膏。通过丝网印刷在脱模薄膜上形成这样制成的银玻璃导电膏，干燥后，从脱模薄膜剥离，得到银玻璃导电膏的片。
然后，将上述银玻璃膏的片转印叠层在叠层体13的外部电极85面上，以700℃焙烧30分钟，形成外部电极85。
之后，将导线连接在外部电极85上，借助导线向正极及负极的外部电极85施加15分钟的3kV/mm的直流电场而进行极化处理，制作了使用如图10所示那样的叠层型压电元件的叠层型压电执行机构。
对得到的叠层型压电元件外加170V的直流电压，在所有的叠层型压电执行机构上沿叠层方向得到45μm的位移量。并且，室温下对该叠层型压电元件以150Hz的频率外加0～+170V的交流电压进行连续驱动试验到1×109次。其结果如表6所示。
表6
  No.   A   B   C   D   E   F   G   H   I
  1   图13   ○   图13(C)   ○   ○   52.0   51.9   -   -
  2   图14   ○   图14(C)   ○   ○   56.0   56.0   -   -
  *3   图20   ×   图20(C)   ○   ×   45.0   44.0   产生   产生
  *4   图21   ×   图21(C)   ○   ○   50.0   49.0   产生   产生
  *5   图22   ×   图22(C)   ○   ○   51.0   49.0   产生   产生
  *6   图23   ×   图23(C)   ×   ○   45.0   42.0   产生   产生
其中，表6中字母文字表示的栏表示以下的意思。
A：内部电极的构成；
B：内部电极和绝缘区域的边界是(○)否(×)为R面；
C：不同极性的内部电极彼此间相重叠的部分的形状；
D：不同极性的内部电极彼此间相重叠的部分的形状是(○)否(×)为点对称；
E：不同极性的内部电极是(○)否(×)在所有的元件侧面露出；
F：初期状态的位移量(μm)；
G：连续驱动后(1×109次)的位移量(μm)；
H：连续驱动后(1×109次)是否在叠层部分产生裂缝；
I：是否产生高次谐波成分的噪音。
从表6发现：比较例中的试样编号3、4、5、6，由于内部电极92和绝缘区域96的边界不为R状，所以在连续驱动叠层型压电执行机构时，应力集中在压电位移大的部分和不产生压电位移的部分的边界，施加在该叠层界面的负荷增大在压电体11的绝缘区域96产生裂缝，并且，驱动过程中产生噪音。
与此相对，本发明实施例中的试样编号1、2，由于内部电极92和绝缘区域96的边界为R状，所以在连续驱动1×109次后，元件位移量也不会明显降低，具有作为叠层型压电执行机构所需的有效位移量，另外，可制作不产生误动作具有优越的耐久性的叠层型压电执行机构。
尤其，试样编号2，由于压电体11具有R面，因此，连续驱动1×109次后，元件位移量也几乎不变化，耐久性极其优越。
实施例7
改变实施例6的试样No.2的叠层型压电执行机构的内部电极92的材料组成，测定各试样的位移量的变化率。这里，所谓位移量的变化率是对各试样的叠层型压电元件达到驱动次数1×109次时的位移量(μm)和开始连续驱动前的叠层型压电元件初期状态的位移量(μm)进行比较得到的。其结果表示在表7中。
表7
No.   Pd(质量％)   Ag(质量％)   Cu(质量％)   Ni(质量％)   位移量的变化率(％)
  1   0   100   0   0   损坏
  2   0.001   99.999   0   0   0.7
  3   0.01   99.99   0   0   0.7
  4   0.1   99.9   0   0   0.4
  5   0.5   99.5   0   0   0.2
  6   1   99   0   0   0.2
  7   2   98   0   0   0
  8   4   95   1   0   0
  9   5   95   0   0   0
  10   8   92   0   0   0
  11   9   91   0   0   0.2
  12   9.5   90.5   0   0   0.2
  13   10   90   0   0   0.4
  14   15   85   0   0   0.7
  15   0   0   100   0   0.2
  16   0   0   99.9   0.1   0
  17   0   0   0   100   0.4
  18   20   80   0   0   0.9
  19   30   70   0   0   0.9
在表7中，表记为Pd、Ag、Cu、Ni的栏表示内部电极金属中的各金属的质量％。另外，表记为位移量的变化率的栏表示连续驱动后相对初期状态的位移量的变化率(％)，试样1的损坏是因迁移而破坏的。
从表7发现：在试样No.1将内部电极92设为100％银的情况下，叠层型压电元件的一部分由于银迁移而产生损坏；另外，试样No.18，由于内部电极92中的金属组成物中，8～10族金属的含有量超过15质量％，另外，11族金属的含有量小于85质量％，所以内部电极92的电阻率大，而在连续驱动叠层型压电元件时发热，叠层型压电执行机构的位移量降低。
与此相对，试样No.2～14，由于内部电极92中的金属组成物在将8～10族金属的含有量为M1质量％、将IB族金属的含有量为M2质量％时以满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100质量％的金属组成物为主成分，所以可减小内部电极92的电阻率抑制发热，并且，设成富有伸缩性的内部电极92，因此，能够制作不产生裂缝、元件位移量稳定的叠层型执行机构。
还发现：试样No.15～17也可减小内部电极92的电阻率，即使连续驱动也能抑制在内部电极92产生发热，因此，能够制作元件位移量稳定的叠层型执行机构。
实施例8
在实施例8中，如下述那样制作由本发明的实施方式5的叠层型压电元件构成的叠层型压电执行机构。
首先，制作混合了以钛酸锆酸铅(PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷的预烧粉末、粘合剂、及增塑剂而得到的浆料，利用刮刀法制作厚度150μm的成为压电体11的陶瓷生片。
在陶瓷生片的一面上通过丝网印刷法形成3μm厚度的导电膏，分别叠层300张这样的片在1000℃进行烧成。并且，该导电膏是在按任意的组成比形成的银-钯合金中添加了粘合剂而成的。
然后，通过切片装置在柱状叠层体侧面的内部电极端部每隔一层形成深度50μm、宽度50μm的槽。
接着，向平均粒径为2μm的片状的银粉末90体积％和剩余部分以平均粒径为2μm的硅作为主成分的软化点为640℃的非晶质的玻璃粉末10体积％的混合物中添加相对银粉末和玻璃粉末的总计重量100质量份为8质量份的粘合剂，充分混合而制作银玻璃导电膏。通过丝网印刷在脱模薄膜上形成这样制成的银玻璃导电膏，干燥后，从脱模薄膜剥离，得到银玻璃导电膏的片。经阿基米德法测定该片的原密度，为6.5g/cm3。
其次，将所述银玻璃导电膏的片转印在叠层体13的外部电极15面上，在650℃下焙烧30分钟，形成由呈三维网状结构的多孔质导电体构成的外部电极15。还有，此时的外部电极15的空隙率经图像解析装置解析外部电极15的剖面相片测定的结果，为40％。
之后，将导线连接在外部电极15上，借助导线向正极及负极的外部电极15施加15分钟的3kV/mm的直流电场而进行极化处理，制作了如图1所示那样的叠层型压电元件。
实施例9
在实施例9中，对于除上述制法之外、还控制内部电极12及外部电极15的金属组成而制作的本发明的叠层型压电执行机构测定叠层型压电执行机构在连续驱动前后的元件位移量的变化率。
对于上述那样得到的叠层型压电执行机构外加170V的直流电压，结果在所有的叠层型压电执行机构中沿叠层方向得到45μm的位移量。并且，在室温下对该叠层型压电执行机构以150Hz的频率外加0～+170V的交流电压，连续驱动到1×109次来进行试验。
另外，内部电极12和外部电极15的热膨胀系数是通过SEM一边测量观察处的温度一边加热而测量温度与内部电极12及外部电极15的尺寸而测定的。其结果如表8所示。
表8
表8-1
  No.            内部电极构成金属
  Ag(质量％)   Pd(质量％)   Au(质量％)   热膨胀系数α1(×10-6/deg)
  *1   100   0   17.0
  *2   100   0   17.0
  3   99.99   0.01   17.0
  4   99.9   0.1   17.0
  5   99   1   16.9
  6   98   2   16.9
  7   95   5   16.7
  8   90   10   16.5
  9   85   15   16.2
  10   80   20   16.0
  11   70   30   15.4
  12   95   5   16.9
  *13   60   40   14.9
  *14   70   30   15.4
  *15   70   30   15.4
表8-2
  No.             外部电极构成金属
  Ag(质量％)   Pd(质量％)   Au(质量％)   热膨胀系数α2(×10-6/deg)
  *1   70   30   0   15.4
  *2   100   0   0   17.0
  3   100   0   0   17.0
  4   100   0   0   17.0
  5   100   0   0   17.0
  6   100   0   0   17.0
  7   100   0   0   17.0
  8   100   0   0   17.0
  9   100   0   0   17.0
  10   100   0   0   17.0
  11   100   0   0   17.0
  12   100   0   0   17.0
  *13   100   0   0   17.0
  *14   70   30   0   15.4
  *15   0   0   100   14.2
表8-3
No. α1/α2  构成比例(质量％)   初期位移量A(μm)   连续驱动后的最大位移量B(μm)   位移量的变化率(％)
  1   1.1  100   45.0   破坏   -
  2   1.0  100   45.0   破坏   -
  3   0.99997  100   45.0   44.7   0.7
  4   0.9997  100   45.0   44.8   0.4
  5   0.997  99   45.0   44.9   0.2
  6   0.99  98   45.0   45.0   0.0
  7   0.98  95   45.0   45.0   0.0
  8   0.97  90   45.0   44.8   0.4
  9   0.95  85   45.0   44.7   0.7
  10   0.94  80   45.0   44.6   0.9
  11   0.91  70   45.0   44.6   0.9
  12   0.99  95   45.0   45.0   0.0
  13   0.88  60   45.0   44.4   1.3
  14   1.0  70   45.0   44.4   1.3
  15   1.09  70   45.0   破坏   -
在表8-3中，构成比例栏表示外部电极主成分构成内部电极的比例(质量％)。
初期位移量A(μm)栏表示连续驱动前的初期状态的位移量A(μm)。
连续驱动后的最大位移量B(μm)栏表示连续驱动1×109次后的最大位移量(μm)。
位移量的变化率(％)栏表示连续驱动后的位移量B相对初期状态的位移量A的变化率(|(A-B)/A×100|)。
记载为破坏的部分表示在内部电极和外部电极之间产生火花而破坏的意思。
从表8发现：比较例中的试样编号1、2及15，由于在以构成内部电极12的金属元素的热膨胀系数为α1、以构成外部电极15的金属的热膨胀系数为α2时其热膨胀系数比(α1/α2)为1以上，所以在连续驱动叠层型压电执行机构时，除了内部电极12热膨胀外，压电瓷器自身尺寸也变化，施加在内部电极12和外部电极15的接合部分的负荷变大，在内部电极12和外部电极15之间产生火花、在连续驱动过程中产生断线。另外，试样编号14，通过施加在上述接合部分的负荷，叠层型压电执行机构的有效位移量变小。
另一方面，比较例中的试样编号13，由于热膨胀系数比(α1/α2)比0.9小，所以构成内部电极12的金属的热膨胀系数α1和构成外部电极15的热膨胀系数α2的差变大，在内部电极12和外部电极15之间产生密接不良，叠层型压电元件的有效位移量变小。
与此相对，本发明的实施例中的试样编号3～12，由于是内部电极12和外部电极15的热膨胀系数比(α1/α2)形成在0.9以上且小于1的范围的叠层型压电执行机构，所以连续驱动1×109次后，元件位移量也不会明显降低，具有作为叠层型压电执行机构所需的有效位移量，另外，可以制作不产生热失控或误动作具有优越耐久性的叠层型压电执行机构。
实施例10
作为实施例10，对于除上述制法之外、还控制内部电极12及外部电极15的金属组成而制作的本发明的叠层型压电执行机构测定了中间层70的形成状态、外部电极15的主成分构成内部电极的比例、和叠层型压电执行机构在连续驱动前后的元件位移量的变化率。
此外，通过将在外部电极15的金属组成中加入了玻璃材料的混合物作为膏进行印刷焙烧，而形成外部电极15。
对于上述那样得到的叠层型压电执行机构外加170V的直流电压，结果在所有的叠层型压电执行机构中沿叠层方向得到45μm的位移量。并且，在室温下对该叠层型压电执行机构以150Hz的频率外加0～+170V的交流电压，连续驱动到1×109次来进行试验。其结果如表9所示。
表9
表9-1
No.                    内部电极构成金属
  Ag(质量％)   Pd(质量％)   Cu(质量％)   Ni(质量％)
  1   99.99   0.01   0   0
  2   99.9   0.1   0   0
  3   99   1   0   0
  4   98   2   0   0
  5   95   5   0   0
  6   90   10   0   0
  7   85   15   0   0
  8   80   20   0   0
  9   0   0   100   0
  10   0   0   99.9   0.1
  11   0   0   0   100
  *12   0   0   100   0
  *13   100   0   0   0
表9-2
  No.                      外部电极构成金属
Ag(质量％) Pd(质量％) Cu(质量％) Ni(质量％)
  1   100   0   0   0
  2   100   0   0   0
  3   100   0   0   0
  4   100   0   0   0
  5   100   0   0   0
  6   100   0   0   0
  7   100   0   0   0
  8   100   0   0   0
  9   10   0   90   0
  10   0   0   100   0
  11   0   0   10   90
  12   100   0   0   0
  13   0   0   100   0
表9-3
  No.  中间层的有无(有＝○、无＝×)   构成比例(质量％)   初期位移量A(μm)   连续驱动后的最大位移量B(μm)   位移量的变化率(％)
1 ○ 100 45.0 44.7 0.7
  2  ○   100   45.0   44.8   0.4
  3  ○   99   45.0   44.9   0.2
  4  ○   98   45.0   45.0   0.0
  5  ○   95   45.0   45.0   0.0
  6  ○   90   45.0   44.8   0.4
  7  ○   85   45.0   44.7   0.7
  8  ○   80   45.0   44.6   0.9
  9  ○   100   45.0   44.9   0.2
  10  ○   99.9   45.0   45.0   0.0
  11  ○   100   45.0   44.8   0.4
  12  ×   0   45.0   破坏   -
  13  ×   0   45.0   破坏   -
表9-3中，在中间层栏，有中间层的情况表示为(○)、无中间层的情况表示为(×)。
构成比例栏表示外部电极主成分构成内部电极的比例(质量％)。
初期位移量A(μm)栏表示连续驱动前的初期状态的位移量A(μm)。
连续驱动后的最大位移量B(μm)栏表示连续驱动1×109次后的最大位移量(μm)。
位移量的变化率(％)栏表示连续驱动后的位移量B相对初期状态的位移量A的变化率(|(A-B)/A×100|)。
记载为破坏的部分表示在内部电极和外部电极之间产生火花而破坏的意思。
从表9发现：比较例中的试样编号12及13，由于不形成中间层、并且构成内部电极12的金属组成和构成外部电极15的金属组成不相类似，因此，施加在内部电极12和外部电极15的接合部分的负荷变大，在内部电极和外部电极之间产生火花、在连续驱动过程中产生断线。
与此相对，本发明的实施例中的试样编号1～11，由于形成有中间层、并且，构成内部电极12的金属组成和构成外部电极15的金属组成相类似，因此，即使连续驱动1×109次后，元件位移量也不会明显降低，具有作为叠层型压电执行机构所需的有效位移量，另外，可以制作不产生热失控或误动作具有优越耐久性的叠层型压电执行机构。
实施例11
作为实施例11，对于具有在上述制法中以多种多样的电极材料组成形成的内部电极12的叠层型压电执行机构，测定叠层型压电执行机构在连续驱动过程中的元件位移量的最大变化率，关于内部电极12的电极材料组成和叠层型压电执行机构因连续驱动产生的劣化的程度的关联进行了验证。
这里，测定以任意次数驱动叠层型压电执行机构的过程中的最大元件位移量(连续驱动过程中的最大元件位移量)，并且，测定以规定次数驱动上述的叠层型压电执行机构后的元件位移量(连续驱动后的元件位移量)，而所谓劣化的程度是以该连续驱动后的元件位移量相对上述连续驱动过程中的最大元件位移量变化的比例表示的。据此，通过使以任意次数驱动过程中的叠层型压电执行机构以规定次数连续驱动，而可以确认导致劣化的状况。
对于上述那样得到的叠层型压电执行机构外加170V的直流电压，结果在所有的叠层型压电执行机构中沿叠层方向得到45μm的位移量。并且，在室温下对该叠层型压电执行机构以150Hz的频率外加0～+170V的交流电压，连续驱动到1×109次来进行试验。其结果如表10所示。
表10
No.   Pd(质量％)   Ag(质量％)   Cu(质量％)   Ni(质量％)   位移量的变化率(％)   劣化的程度(％)
  1   0   100   0   0   损坏   -
  2   0.001   99.999   0   0   0.7   0.22
  3   0.01   99.99   0   0   0.7   0.22
  4   0.1   99.9   0   0   0.4   0.22
  5   0.5   99.5   0   0   0.2   0.00
  6   1   99   0   0   0.2   0.00
  7   2   98   0   0   0   0.00
  8   4   95   1   0   0   0.00
  9   5   95   0   0   0   0.00
  10   8   92   0   0   0   0.00
  11   9   91   0   0   0.2   0.00
  12   9.5   90.5   0   0   0.2   0.00
  13   10   90   0   0   0.4   0.22
  14   15   85   0   0   0.7   0.22
  15   0   0   100   0   0.2   0.00
  16   0   0   99.9   0.1   0   0.00
  17   0   0   0   100   0.4   0.22
  18   20   80   0   0   0.9   0.45
  19   30   70   0   0   0.9   0.45
在表10中，Pd(质量％)、Ag(质量％)、Cu(质量％)及Ni(质量％)栏表示内部电极金属中的各金属的比例。
位移量的变化率(％)栏表示连续驱动后相对初期状态的位移量的变化率。
记载为损坏的部分表示因迁移产生破坏的意思。
从该表10发现：试样编号1，由于以100％银形成内部电极12，所以，产生银迁移、施加在内部电极12和外部电极15的接合部分的负荷变大，在内部电极12和外部电极15之间产生火花、在连续驱动过程中产生断线，因此，难以连续驱动。
另外，试样编号18、19，由于在内部电极12的金属组成物中8～10族金属的含有量超过15质量％，并且11族金属的含有量小于85质量％，所以，劣化会因连续驱动而增大，叠层型压电执行机构的耐久性降低。
与此相对，在试样编号2～16中，由于内部电极12中的金属组成物在将8～10族金属的含有量为M1质量％、将11族金属的含有量为M2质量％时以满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属组成物为主成分，所以可减小内部电极12的电阻率，即使连续驱动也可抑制内部电极12产生发热，因此，能够制作元件位移量稳定的叠层型执行机构。
另外，本发明并不局限于上述实施例，在不脱离本发明主旨的范围内当然是可以进行各种变更的。

Claims (37)

1.一种叠层型压电元件，其特征在于：
具有：
叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；
第一外部电极，其形成在所述叠层体的第一侧面，并与所述第一内部电极连接；
第二外部电极，其形成在所述叠层体的第二侧面，并与所述第二内部电极连接，
并且，所述压电体和所述内部电极之间的接合强度比所述压电体的弯曲强度弱。
2.根据权利要求1所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述压电体和所述内部电极之间的接合强度为70MPa以下。
3.根据权利要求1或2所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述第一外部电极和内部电极之间的接合强度、及所述第二外部电极和内部电极之间的接合强度比所述压电体和所述内部电极的接合强度大。
4.一种叠层型压电元件，其特征在于：
具有：
叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；
第一外部电极，其形成在所述叠层体的第一侧面，并与所述第一内部电极连接；
第二外部电极，其形成在所述叠层体的第二侧面，并与所述第二内部电极连接，
并且，所述内部电极含有空隙，所述空隙在所述内部电极剖面中所占的面积比例为5～70％。
5.一种叠层型压电元件，其特征在于：
具有：
叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；
第一外部电极，其形成在所述叠层体的第一侧面，并与所述第一内部电极连接；
第二外部电极，其形成在所述叠层体的第二侧面，并与所述第二内部电极连接，
并且，还设有沿所述叠层体的叠层方向贯穿所述内部电极的空隙。
6.根据权利要求5所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在所有的所述内部电极设有贯穿所述内部电极的空隙。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在所述内部电极和所述压电体的界面，电极部分和所述压电体的边界、与所述空隙和所述电极部分的边界所成的角度为60度以上。
8.根据权利要求4～7中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在所述内部电极中添加了以BN为主成分的无机组成物。
9.一种叠层型压电元件，其特征在于：
具有：
叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；
第一外部电极，其形成在所述叠层体的第一侧面，并与所述第一内部电极连接；
第二外部电极，其形成在所述叠层体的第二侧面，并与所述第二内部电极连接，
并且，所述第一内部电极和所述第二内部电极相对置的对置部分的形状为非线对称形状。
10.根据权利要求9所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述对置部分的形状为点对称形状。
11.根据权利要求9或10所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述第一内部电极，通过使该第一内部电极的一部分端部位于所述叠层体侧面的内側，而与形成在该叠层体侧面的第二外部电极相绝缘，所述第二内部电极，通过使该第二内部电极的一部分端部位于所述叠层体侧面的内側，而与形成在该叠层体侧面的第一外部电极相绝缘。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在所述叠层体的内部，所述第一内部电极和所述第二外部电极的距离、以及所述第二内部电极和所述第一外部电极的距离设定在0.1～5mm的范围。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述第一内部电极的一部分在形成有所述第二外部电极的所述叠层体侧面露出，所述第一内部电极的露出部和所述第二外部电极之间的所述叠层体表面上的最短距离设定在0.1～5mm范围，所述第二内部电极的一部分在形成有所述第一外部电极的所述叠层体侧面露出，所述第二内部电极的露出部和所述第一外部电极之间的所述叠层体表面上的最短距离设定在0.1～5mm范围。
14.一种叠层型压电元件，其特征在于：
具有：
叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；
第一外部电极，其形成在所述叠层体的第一侧面，并与所述第一内部电极连接；
第二外部电极，其形成在所述叠层体的第二侧面，并与所述第二内部电极连接，
并且，所述第一内部电极的与所述第二外部电极相对置的对置端部为圆弧形状，所述第二内部电极的与所述第一外部电极相对置的对置端部为圆弧形状。
15.根据权利要求14所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述圆弧形状的中心处于所述内部电极内。
16.根据权利要求14所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述圆弧形状的中心处于所述内部电极之外。
17.根据权利要求14～16中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述第一内部电极和所述第二内部电极相重叠的对置部分的角分别为圆弧形状。
18.根据权利要求14～17中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述圆弧形状的曲率半径R设定在0.5～10mm的范围。
19.根据权利要求1～18中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在将构成所述内部电极的金属的热膨胀系数设为α1、将构成所述外部电极的金属的热膨胀系数设为α2时，热膨胀系数比(α1/α2)为0.9以上且小于1。
20.根据权利要求1～19中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在所述内部电极和所述外部电极的接合部设有中间层，所述中间层的组成与所述内部电极及所述外部电极不同。
21.根据权利要求20所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述中间层由构成所述内部电极的金属组成物和构成所述外部电极的金属组成物组成。
22.根据权利要求20或21所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在将所述中间层的热膨胀系数设为α3时，存在α1＜α3＜α2的关系。
23.根据权利要求18～22中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述中间层的组成从所述内部电极中的金属组成向外部电极中的金属组成傾斜变化。
24.根据权利要求19～23中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
构成所述内部电极的金属组成物包含80质量％以上且小于100质量％的构成所述外部电极的金属组成物的主成分。
25.根据权利要求1～24中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述内部电极在所述叠层体的所有侧面露出。
26.根据权利要求1～25中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述内部电极中的金属组成物以8～10族金属及/或11族金属为主成分。
27.根据权利要求26所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在将所述内部电极中的8～10族金属的含有量设为M1质量％、将11族金属的含有量设为M2质量％时，满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100。
28.根据权利要求26或27所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述8～10族金属是Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中的至少1种以上，11族金属是Cu、Ag、Au中的至少1种以上。
29.根据权利要求26～28中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述8～10族金属是Pt、Pd中的至少1种以上，11族金属是Ag、Au中的至少1种以上。
30.根据权利要求26～28中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述8～10族金属是Ni。
31.根据权利要求26～28中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述11族金属是Cu。
32.根据权利要求1～31中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在所述内部电极中与金属组成物一起添加了不同于该金属组成物的无机组成物。
33.根据权利要求32所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述无机组成物以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。
34.根据权利要求1～33中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述压电体以钙钛矿型氧化物为主成分。
35.根据权利要求34所述的叠层型压电元件，其特征在于：
所述压电体以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。
36.根据权利要求1、4、5、9、14中任一项所述的叠层型压电元件，其特征在于：
在所述叠层体的一侧面，所述第一内部电极端部露出且在所述第二内部电极和所述第一外部电极之间形成有槽，
在所述叠层体的另一侧面，所述第二内部电极端部露出且在所述第一内部电极和所述第一外部电极之间形成有槽，
在所述各槽中填充有杨氏模量比所述压电体低的绝缘体。
37.一种权利要求4或5所述的叠层型压电元件的制造方法，其特征在于，包括：
由2种以上的混合材料构成所述内部电极，在该混合材料中熔点最低的材料的熔点以上、且其他材料的熔点以下的温度下对所述混合材料预烧后进行正式烧成的工序。
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