JP2006156690A - 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】積層型圧電素子の連続駆動によって圧電体に発生するクラックや内部電極の剥離を防止して耐久性を高める。
【解決手段】圧電体１１と内部電極１２とが交互に積層されてなる積層体１３と、該積層体１３の側面に正極、負極もしくはグランドとなる一対の外部電極１５とを備え、内部電極１２を正極の外部電極１５、負極もしくはグランドの外部電極１５と交互に接続するとともに、内部電極１２と極性が異なる外部電極１５間に絶縁領域１６を形成してなる積層型圧電素子であって、内部電極１２と絶縁領域１６との境界をＲ状に形成してなる。
【選択図】図１
【解決手段】圧電体１１と内部電極１２とが交互に積層されてなる積層体１３と、該積層体１３の側面に正極、負極もしくはグランドとなる一対の外部電極１５とを備え、内部電極１２を正極の外部電極１５、負極もしくはグランドの外部電極１５と交互に接続するとともに、内部電極１２と極性が異なる外部電極１５間に絶縁領域１６を形成してなる積層型圧電素子であって、内部電極１２と絶縁領域１６との境界をＲ状に形成してなる。
【選択図】図１
Description
本発明は、積層型圧電素子（以下、単に「素子」ということもある）および噴射装置に関し、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や振動防止装置等に搭載される駆動素子、ならびに燃焼圧センサ、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、ならびに圧電ジャイロ、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に用いられる積層型圧電素子および噴射装置に関するものである。
従来より、積層型圧電素子を用いたものとしては、圧電体と内部電極を交互に積層した積層型圧電アクチュエータが知られている。積層型圧電アクチュエータには、同時焼成タイプと、１つの圧電体からなる圧電磁器と板状体の内部電極を交互に積層したスタックタイプの２種類に分類されており、低電圧化、製造コスト低減の面から考慮すると、薄層化に対して有利であることと、耐久性に対して有利であることから、同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエータが優位性を示しつつある。
図１２は、特許文献１に示す従来の積層型圧電素子を示すもので、積層体２３と互いに対向する一対の側面に形成された外部電極２５とから構成されている。積層体２３は、それを構成する圧電体２１と内部電極２２とが交互に積層されてなるが、内部電極２２は圧電体２１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。この部分電極構造の内部電極２２を一層おきに異なる積層体２３の側面に露出するように左右互い違いに積層している。なお、積層体２３の積層方向における両端面には不活性層２４が積層されている。そして、積層体２３の互いに対向する一対の側面に上記露出する内部電極２２同士を接続するように外部電極２５が形成され、内部電極２２を一層おきに接続することができる。
そして、従来の積層型圧電素子の製造方法としては、圧電体２１の原料を含むセラミックグリーンシートに内部電極ペーストを図１２（ｂ）のように、多角形状の平面構造となるパターンで印刷し、この内部電極ペーストが塗布されたグリーンシートを複数積層して得られた積層成形体を作製し、これを焼成することによって積層体２３を作製する。その後、積層体２３の一対の側面に外部電極２５を焼成によって形成して積層型圧電素子が得られる（例えば特許文献１参照）。
なお、内部電極２２としては、銀とパラジウムの合金が用いられ、さらに、圧電体２１と内部電極２２を同時焼成するために、内部電極２２の金属組成は、銀７０質量％、パラジウム３０質量％にして用いていた（例えば、特許文献２参照）。
このように、銀のみの金属組成からなる内部電極２２ではなく、パラジウムを含む銀−パラジウム合金含有の金属組成からなる内部電極２２を用いるのは、パラジウムを含まない銀のみの組成では、一対の対向する内部電極２２間に電位差を与えた場合、その一対の内部電極２２のうちの正極から負極へ電極中の銀が素子表面を伝わって移動するという、いわゆるシルバーマイグレーション現象が生じるからである。この現象は、高温、高湿の雰囲気中で、著しく発生していた。
従来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、外部電極２５にさらにリード線が半田により固定され（不図示）、外部電極２５間に所定の電位がかけられて駆動させることができる。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要求があるため、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。
特開昭６１−１３３７１５号公報
実開平１−１３０５６８号公報
そして、従来の同時焼成タイプの積層型圧電素子は、内部電極を形成する際、極性の異なる内部電極と外部電極が接触しないように絶縁領域を設けるように内部電極パターンを形成していた。また、上記絶縁領域に位置する圧電体は、異なる極性の内部電極間に挟まれていないため、積層型圧電素子を駆動させても前記圧電体は変位を示さない。
即ち、コンデンサ等の通常の積層型電子部品と異なり、積層型圧電素子は駆動時に素子自体が連続的に寸法変化を起こすため、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合、異なる極性の内部電極に挟まれた圧電体のみが変位を示し、異なる極性の内部電極に挟まれていない圧電体は変位を示さないために、前記内部電極と前記絶縁領域の境界に応力が集中する。該応力が発生すると、絶縁領域である圧電体にクラックが発生し、クラックを伝って、極性の異なる内部電極と外部電極間でショートして積層型圧電体素子が破壊する問題があった。
また、圧電体は絶縁体であることから、異なる極性の内部電極間で電流が流れることがないため、積層型圧電素子を駆動するための電圧は電極パターン端部に集中するいわゆるエッジ効果を発生する。そのため、異なる極性の内部電極に挟まれた圧電体のなかでも、電極パターン端部に挟まれた部位の変位が大きく変化しようとする。しかし、異なる極性の内部電極に挟まれていない圧電体は変位を示さないために、その境界に応力が集中する。すなわち内部電極と極性が異なる外部電極間に形成された絶縁領域と内部電極との境界に応力が集中して絶縁領域である圧電体にクラックが発生し、積層型圧電体素子が破壊する問題があった。
特に、内部電極と前記絶縁領域との境界が直線状であれば、境界の一部にクラックが発生した場合、その一点を起点にして境界に沿ってクラックが直線状に成長して積層型圧電体素子を破壊する問題があった。また、内部電極と前記絶縁領域との境界に直線同士を付き合わせたような任意の角度の端部が内部電極パターンに形成されていると、直線同士を付き合わせたような任意の角度の端部に応力が集中して絶縁領域である圧電体にクラックが発生した。
上述したようなクラックは圧電体の変位機能低下を引き起こすため、積層型圧電素子の駆動変位量が変化し、信頼性と耐久性が劣化するという問題があった。
さらに、従来の積層型圧電素子を燃料噴射装置等の駆動素子に利用されるアクチュエータとして用いた場合には、所望の変位量が次第に変化して装置が誤作動する問題を生じていたため長期間連続運転における変位量の変化の抑制と耐久性向上が求められていた。
本発明は、上述の問題点に鑑みて成されたものであり、高電圧、高圧力下で圧電アクチュエータの変位量を大きくさせ、かつ、長期間連続駆動させた場合でも変位量が変化することがなく、耐久性に優れた積層型圧電素子および噴射装置を提供することを目的とする。
本発明の積層型圧電素子は、圧電体と内部電極とが交互に積層されてなる積層体と、該積層体の側面に正極と負極、または正極とグランドのいずれかとなる一対の外部電極とを備え、前記内部電極を正極の外部電極、負極またはグランドの外部電極と交互に接続するとともに、前記内部電極と極性が異なる外部電極間に絶縁領域を形成してなる積層型圧電素子であって、前記内部電極と前記絶縁領域との境界をＲ状に形成したことを特徴とする。
また、異なる極性を有する前記内部電極同士が前記圧電体を介して重なる部分の形状がＲ状であることを特徴とする。
また、前記Ｒ状の曲率半径Ｒが０．５〜１０ｍｍであることを特徴とする。
また、前記内部電極を前記積層体の側面に露出させたことを特徴とする。
また、前記内部電極に空隙を設け、該内部電極の断面における全断面積に対する空隙の占める面積比が５〜７０％であることを特徴とする。
また、前記積層体が多角形柱状体であることを特徴とする。
また、前記内部電極中の金属組成物が８〜１０族金属および／または１１族金属を主成分とすることを特徴とする
また、前記内部電極中の８〜１０族金属の含有量をＭ１（質量％）、１１族金属の含有量をＭ２（質量％）としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００を満足することを特徴とする
また、前記８〜１０族金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種以上であり、１１族金属がＣｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることを特徴とする。
また、前記内部電極中の８〜１０族金属の含有量をＭ１（質量％）、１１族金属の含有量をＭ２（質量％）としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００を満足することを特徴とする
また、前記８〜１０族金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種以上であり、１１族金属がＣｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることを特徴とする。
また、前記８〜１０族金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上であり、１１族金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることを特徴とする。あるいは、前記８〜１０族金属がＮｉであり、前記１１族金属がＣｕであることを特徴とする。
また、前記圧電体がペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする。さらに、前記圧電体がＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３からなるペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする。
また、本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納容器と、該収納容器に収納された積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする。
本発明の積層型圧電素子によれば、前記内部電極と前記絶縁領域との境界をＲ状に形成することで、内部電極と極性が異なる外部電極間に形成された絶縁領域と内部電極との境界における応力集中を防止できるため、高電界、高圧力下で積層型圧電素子を長期間連続駆動させても、極性の異なる内部電極と外部電極間に生じるクラックの成長を抑止し、極性の異なる内部電極と外部電極間におけるショートを防止することができる。
さらに、異なる極性を有する前記内部電極同士が前記圧電体を介して重なる部分の形状がＲ状であれば、内部電極と極性が異なる外部電極間に形成された絶縁領域と内部電極との境界に応力が一点に集中することがないので、前記境界における応力集中を防止することができる。これにより、積層型圧電素子を高電界、高圧力下で長期間連続駆動させても、積層型圧電素子の駆動方向である積層方向に伸縮駆動させても、異なる極性を有する上下の内部電極の前記境界で発生する積層方向に生じるクラックを防止することができるので、素子の耐久性を高めることができる。
さらに、前記Ｒ状の曲率半径Ｒが０．５〜１０ｍｍであれば、内部電極と前記絶縁領域との境界の一部にクラックが発生した場合でも、境界が曲線であるためにクラックが境界に沿って一気に直線状に成長するのを抑制することができる。
さらに、前記内部電極を前記積層体の側面に露出させれば、前記内部電極同士に挟まれる圧電体の面積を広くできるので、前記圧電体の変位面積を大きくできるとともに、駆動させた際に素子に発生する応力を素子の外側まで伝播することができることから、変位量に優れた高信頼性の積層型圧電素子とすることができる。
さらに、前記内部電極に空隙を設け、該内部電極の断面における全断面積に対する空隙の占める面積比が５〜７０％であれば、圧電体が電界によって変形する際の内部電極による拘束力を弱くでき、圧電体の変位量を大きくできる。また、前記空隙により内部電極に加わる応力が緩和され、内部電極の剥れを防止して素子の耐久性が向上するという利点がある。さらには、素子内における熱伝導は内部電極が支配的であるが、内部電極に空隙があると、素子外部の急激な温度変化による素子内部の温度変化が緩和されるので、熱衝撃に強い積層型圧電素子とすることができる。
さらに、内部電極中の金属組成物が８〜１０族金属および／または１１族金属を主成分とすれば、圧電体と内部電極とを同時焼成することが可能となり、接合界面を強固に結合できるだけでなく、素子が変位して内部電極に応力が加わっても、内部電極自体が伸縮して応力集中を防止するため、クラックの発生を抑制することができる
従って、積層型圧電素子を連続駆動させても、所望の変位量が実効的に変化しないために、装置が誤作動することなく、耐久性に優れた高信頼性の噴射装置を提供することができる。
従って、積層型圧電素子を連続駆動させても、所望の変位量が実効的に変化しないために、装置が誤作動することなく、耐久性に優れた高信頼性の噴射装置を提供することができる。
本発明の積層型圧電素子について以下に詳細に説明する。図１は本発明の積層型圧電素子の一実施例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は圧電体と内部電極との積層状態を示す斜視展開図である。また、図２は本発明の積層型圧電素子の内部電極パターンを示す拡大図で、（ａ）は圧電体と内部電極との積層状態を示す斜視展開図、（ｂ）は異なる極性を有する内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａを示す透視図である。
本発明の積層型圧電素子は、図１に示すように、圧電体１１と内部電極１２とを交互に積層してなる積層体１３とし、該積層体１３の積層方向の両端の層には圧電体１１で形成された不活性層１４を設けている。そして、積層体１３の一対の対向する側面では、内部電極１２が交互に正極、負極またはグランドが印加される外部電極１５と電気的に導通して接合されている。一方、内部電極と極性が異なる外部電極との間には、異なる極性が印加される電極同士のショート防止のために、絶縁領域１６を形成している。尚、この絶縁領域１６は圧電体１１の表面に形成されている。ここで、本発明の積層型圧電素子を積層型圧電アクチュエータとして使用する場合には、外部電極１５にリード線（図示しない）を半田により接続固定し、前記リード線を外部電圧供給部（図示しない）に接続すればよい。
また、圧電体１１間には内部電極１２が配されているが、この内部電極１２は銀−パラジウム等の金属材料で形成しているので、内部電極１２を通じて各圧電体１１に所定の電圧を印加し、圧電体１１を逆圧電効果による変位を起こさせる作用を有する。
これに対して、不活性層１４は内部電極１２が配されていない複数の圧電体１１の層で
あるため、電圧を印加しても変位を生じない。また、絶縁領域１６に挟まれた部位における圧電体１１も内部電極１２が配されていないことから、電圧を印加しても変位を生じない。
あるため、電圧を印加しても変位を生じない。また、絶縁領域１６に挟まれた部位における圧電体１１も内部電極１２が配されていないことから、電圧を印加しても変位を生じない。
そして本発明では、図１（ｂ）に示すように、内部電極１２と絶縁領域１６との境界をＲ状としたことを特徴とする。これは、内部電極１２と絶縁領域１６との境界が直線状であれば、境界の一部にクラックが発生した場合、その一点を起点にして境界に沿ってクラックが直線状に成長して素子を破壊するからである。また、内部電極１２と絶縁領域１６との境界に直線同士を付き合わせたような角形状の端部を有する内部電極パターンにより形成されていると、前記角形状の端部に応力が集中して絶縁領域１６にクラックが発生して、該クラックを伝って極性の異なる内部電極１２外部電極１５間でショートが起こり、積層型圧電体素子の耐久性が著しく低下する。
なお、図１（ｂ）では、内部電極１２のパターンが絶縁領域１６に向かって凸型でＲ状に形成されているが、本発明では内部電極１２と絶縁領域１６の境界がＲ状であればよいため、前記凸型に限るものではない。例えば、内部電極１２のパターンを絶縁領域１６に向かって凹型に形成したり、Ｒ状を有する凸型と凹型と交互に連続して形成されているものでもよい。積層型圧電素子の耐久性をより高くするためには、凸型あるいは凹型のどちらかのＲ状であることが好ましく、異なる曲率半径を有する曲部が複数あるよりも単一の曲率半径を有する曲部で前記境界を形成する方が耐久性に優れているので好ましい。さらには、積層型圧電素子に電圧を印加して素子を変位させた後、電圧を解除した際、内部電極に素子側面から圧縮の応力がかかるため、耐久性をさらに高めるには、凹型が好ましい。
また、異なる極性を有する内部電極１２同士が圧電体１１を介して重なる部分の形状がＲ状であることが好ましい。これは、異なる極性の内部電極に挟まれた圧電体１１の領域が実効的に変位する領域であるので、前記重なる部分の端部の形状が直線状であれば、前記境界に応力が集中し、そこでクラックが発生しやすくなる。そのため、異なる極性を有する上下の内部電極１２間に挟まれた圧電体１１は積層型圧電素子の駆動方向である積層方向に伸縮駆動するため、前記境界から積層方向に前記クラックが成長しやすくなり、極性が異なる内部電極１２同士をつなぐようなクラックが生じてショートする可能性がある。
そして、上記した異なる極性の内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａの形状は点対称形であることが好ましい。これは、異なる極性の内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａの形状が点対称でない場合、素子を変位させると、素子変位の中心軸がそろっていないために、変位の軸がぶれるため好ましくない。内部電極１２形状が点対称形であることにより、素子変位の中心軸が一直線になり、素子変位の軸がぶれないため、変位方向が一直線となる変位のぶれない耐久性に優れた高信頼性の圧電アクチュエータを提供することができる。
ここで、点対称とは、いわゆる対称中心が存在する形状であることを示している。即ち、異なる極性の内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａの面内に任意の１点を規定し、その１点を中心にして、異なる極性の内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａを面に平行になるように回転させた場合、１８０°以内の回転角で、回転前後の形状が重なり合うことである。そして、この時の回転の中心となる点が、対称中心である。点対称としては、１８０°回転対称、１２０°回転対称、９０°回転対称がよく知られているが、内部電極１２と外部電極１５の導通を確保する経路を最小限に押さえることができることで、簡単な構造で精度良く積層型圧電素子を作製することが可能な１８０°回転対称が好ましい。
さらに、対称の中心が、異なる極性の内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａの重心であると、積層型圧電素子の全ての異なる極性の内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａの重心が積層方向に一直線にそろうため、変位方向の中心軸が一直線となるだけではなく、重心が変位方向の中心軸と一致するので、耐久性に優れた高信頼性の圧電アクチュエータを提供することができるので、さらに好ましい。
また、内部電極１２が積層体１３の側面に露出させることが好ましい。これは、内部電極１２が素子側面で露出していない部分では、電極の露出していない箇所は、駆動時に変位できないことから、駆動時に変位する領域が素子内部に閉じ込められているために変位時の応力が前記境界に集中しやすくなり、耐久性に問題が生じるので好ましくないからである。
ここで、異なる極性の内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａとは、図２（ａ）に示すように、異なる極性の電圧を印加される内部電極１２の電極パターンが圧電体１１に配されており、図２（ｂ）に示すように、前記電極パターン同士が圧電体１１を介して重なり合う領域で示される。実際のところ、圧電体１１は異なる極性の電界が印加される内部電極１２に挟まれた領域（上述した異なる極性の内部電極１２同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａ）で実効的に圧電変位して、積層型圧電素子は駆動する。
また、前記Ｒ状の曲率半径Ｒが０．５〜１０ｍｍであることが好ましい。これは、前記Ｒ状の曲率半径Ｒが０．５ｍｍ未満であると、曲率が小さいために、実際には、内部電極１２と絶縁領域１６との境界が直線同士を付き合わせたようなあ角形状の端部が内部電極パターンに形成されていることと同じであり、端部に応力が集中して絶縁領域である圧電体にクラックが発生し、クラックを伝って異なる極性の内部電極同士がショートして積層型圧電体素子が破壊するからである。
１０ｍｍを超えると、逆に曲率が大きくなり、内部電極１２と絶縁領域１６との境界が直線状であることと同じ現象が発生し、境界の一部にクラックが発生した場合、その一点を起点にして境界に沿ってクラックが成長して素子を破壊するからである。
前記Ｒ状の曲率半径Ｒは、より好ましくは１〜５ｍｍとすることで耐久性を高めることができる。さらには１〜３ｍｍとすることで耐久性が高く積層型圧電素子を小型化することができる。
また、内部電極１２に空隙２１を設け、該内部電極１２の断面における全断面積に対する空隙２１の占める面積比が５〜７０％であることが好ましい。これは、空隙２１を内部電極１２の面積に対して５〜７０％占めるようにすると、変位量が大きくなり、変位量に優れた積層型圧電素子を得ることができるからである。
内部電極１２に空隙２１が無いと、電界を受けて圧電体１１が変形する際に、内部電極１２からの束縛を受けやすいため、変形量が小さくなり、充分な積層型圧電素子の変位量を得ることができない。これに対して、内部電極１２中に空隙２１がある積層型圧電素子は、圧電体の変形が自由になり、変形量が大きくなる。
ここで、上述した内部電極１２の面積に対する空隙２１の占める割合（空隙率）は、積層型圧電素子を積層方向に切断した面で測定する。その切断面において、内部電極の部分に存在する空隙の面積を測定し、その空隙の面積の総和を内部電極２の面積（空隙も含む）で除した値を１００倍したものである。
また、空隙率が５％より少ないと圧電体１１が電界を印加されて変形する際に内部電極１２から束縛を受け、圧電体１１の変形が抑制され、積層型圧電素子の変形量が小さくなる。また、発生する内部応力も大きくなるために耐久性にも悪い影響を与える。
一方、空隙率が７０％より大きいと、空隙２１間の電極部分に極端に細い部分が生じる為、内部電極１２自体の強度が低下し、内部電極１２にクラックが生じやすくなり、最悪は断線等を生じる恐れがあるので好ましくない。併せて、内部電極１２の導電性が低下するため、圧電体１１に電圧を印加し難くなり、充分な変位量を得られない場合がある。
尚、空隙２１は電極部分間に設けたものだけではなく、電極部分の内部に包含されたような状態で存在しても良い。
さらに、前記空隙率は、より好ましくは７〜７０％、さらに好ましくは１０〜６０％である。このようにすることで、圧電体１１をよりスムーズに変形できるとともに、内部電極１２の導電性を充分に有しているため、積層型圧電素子の変位量を増大することができる。
また、空隙２１の断面における最大幅が１μｍ以上であることが好ましい。最大幅とは、積層型圧電素子の積層方向の断面において、内部電極の断面に存在する空隙の大きさを電極に平行な線を引きその線上の長さを測定し、測定値で最大の値を最大幅とした。さらに、空隙２１の最大幅は、変位量を大きくできるということと、内部応力を軽減し、耐久性を向上するという観点から、２μｍがより好ましく、３μｍがさらに好ましい。
また、前記内部電極１２断面において電極部分と空隙の界面が圧電体１１に接する部分を起点とする電極部分への接線２２と圧電体１１とのなす角度２３が６０度以上であることが好ましい。この角度は、積層型圧電素子の積層方向の断面において、電極部分と空隙２１の界面が圧電体１１と接する点を起点とし、電極部分に接するように線を引き、この接線２２と圧電体１１とのなす角度２３で表される。
ここで、角度２３が６０度未満であると、内部電極１２中の電極部分が圧電体１１と接してできるメニスカスの部位が大きくなるため、内部電極１２が圧電体１１を拘束する力が大きくなり、変位量が低下する可能性がある。さらに、角度は、内部電極１２が圧電体１１を拘束する力が小さくなるという理由で変位量を大きくできること、内部応力を小さくし、耐久性を向上させると言う観点から、７０度以上がより好ましく、８０度以上であることがさらに好ましい。
また、積層体１３が多角形柱状体であることが好ましい。これは、積層体１３が円柱状体であると、真円にしなければ中心軸がぶれてしまうため高精度の円を作って積みあげなければならず、同時焼成による量産型の製法を用いるのが困難になり、また、略円形状の積層体を積層後、あるいは焼成後に外周を研磨して円柱状にしても、内部電極の中心軸を高精度にそろえるが困難になる。これに対して、多角形柱状体であれば、基準線を決定した圧電体に内部電極を形成することができ、さらに基準線に沿って積層することができるので、駆動の軸である中心軸を量産型の製法をもちいて形成することができるため、耐久性の高い素子とすることができる。
また、異なる極性の内部電極１２と外部電極１５との距離Ｌ１が０．１〜５ｍｍであることで、変位量を大きくかつ絶縁破壊を防止することを両立した、耐久性に優れた高信頼性の圧電アクチュエータを提供することができる。５ｍｍを超えると、内部電極面積の減少に伴い、圧電体１１の駆動領域が小さくなるので好ましくない。０．１ｍｍよりも小さいと絶縁特性が急激に劣化する。
駆動寸法を大きくして、耐久性を高めるには、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下がさらに好ましい。ここで、距離Ｌ１とは、内部電極１２が配された圧電体１１上における内部電極１２と外部電極１５との絶縁距離であり、該絶縁距離の最短距離を示している。
さらに本発明では、図４に示すように、素子表面での異なる極性の内部電極１２と外部電極１５の距離Ｌ２が０．１ｍｍ〜５ｍｍであることで、変位量を大きくかつ絶縁破壊を防止することを両立した、耐久性に優れた高信頼性の圧電アクチュエータを提供することができる。５ｍｍを超えると、内部電極面積の減少に伴い、圧電体１１の駆動領域が小さくなるので好ましくない。０．１ｍｍよりも小さいと絶縁特性が急激に劣化する。
駆動寸法を大きくして、耐久性を高めるには、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下がさらに好ましい。ここで、距離Ｌ２とは、積層体１３の側面における１つの内部電極１２と外部電極１５との絶縁距離であり、該絶縁距離の最短距離を示している。
また、本発明においては、内部電極１２中の金属組成物が８〜１０族金属および／または１１族金属を主成分とすることが望ましい。これは、上記の金属組成物は高い耐熱性を有するため、焼成温度の高い圧電体１１と内部電極１２を同時焼成すること可能となるためである。そのため、外部電極１５の焼結温度を圧電体１１の焼結温度より低温で作製することが出来るので、圧電体１１と外部電極１５との間の激しい相互拡散を抑制することができる。
さらに、内部電極１２中の金属組成物が８〜１０族金属の含有量をＭ１（質量％）、１１族金属の含有量をＭ２（質量％）としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００を満足する金属組成物を主成分とすることが好ましい。これは、８〜１０族金属が１５質量％を超えると、比抵抗が大きくなり、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極１２が発熱し、該発熱が温度依存性を有する圧電体１１に作用して変位特性を減少させてしまうため、積層型圧電素子の変位量が小さくなる場合があるからである。さらに、外部電極１５を形成した際、外部電極１５と内部電極１２とが相互拡散して接合するが、８〜１０族金属が１５質量％を超えると、外部電極１５中に内部電極成分が拡散した箇所の硬度が高くなるため、駆動時に寸法変化する積層型圧電素子においては、耐久性がおちるからである。また、内部電極１２中の１１族金属の圧電体１１へのマイグレーションを抑制するために、８〜１０族金属が０．００１質量％以上１５質量％以下とすることが好ましい。また、積層型圧電素子の耐久性を向上させるという点では、０．１質量％以上１０質量％以下が好ましい。また、熱伝導に優れ、より高い耐久性を必要とする場合は０．５質量％以上９．５質量％以下がより好ましい。また、さらに高い耐久性を求める場合は２質量％以上８質量％以下がさらに好ましい。
ここで、１１族金属が８５質量％未満になると、内部電極１２の比抵抗が大きくなり、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極１２が発熱する場合があるからである。また、内部金属１２中の１１族金属の圧電体１１へのマイグレーションを抑制するために、１１族金属が８５質量％以上９９．９９９質量％以下とすることが好ましい。また、積層型圧電素子の耐久性を向上させるという点では、９０質量％以上９９．９質量％以下が好ましい。また、より高い耐久性を必要とする場合は９０．５質量％以上９９．５質量％以下がより好ましい。また、さらに高い耐久性を求める場合は９２質量％以上９８質量％以下がさらに好ましい。
上記の内部電極１２中の金属成分の質量％を示す８〜１０族金属、１１族金属はＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法等の分析方法で特定できる。
さらに、本発明の内部電極１２中の金属成分は、８〜１０族金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種以上であり、１１族金属がＣｕ，Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることが好ましい。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。
さらに、内部電極１２中の金属成分は、８〜１０族金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上であり、１１族金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることが好ましい。これにより、耐熱性に優れ、比抵抗の小さな内部電極１２を形成できる可能性がある。
さらに、内部電極１２中の金属成分は、８〜１０族金属がＮｉであることが好ましい。これにより、耐熱性に優れた内部電極１２を形成できる可能性がある。
さらに、内部電極１２中の金属成分は、１１族金属がＣｕであることが好ましい。これにより、硬度の低い熱伝導性に優れた内部電極１２を形成できる可能性がある。
さらに、内部電極１２中に上記した金属組成物とともに、酸化物、窒化物または炭化物を添加することが好ましい。これにより、内部電極の強度が増し、積層型圧電素子の耐久性が向上する。特に酸化物は圧電体１１と相互拡散して内部電極１２と圧電体１１との密着強度を高めるのでより好ましい。さらに、前記無機組成物が５０体積％以下であることが好ましい。これにより、内部電極１２と圧電体１１との間の接合強度を圧電体１１の強度より小さく出来る。さらに好ましくは３０体積％以下にすることで積層型圧電素子の耐久性を向上できる。
前記酸化物がＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３からなるペロブスカイト型酸化物を主成分とすることが好ましい。尚、添加された酸化物等の含有量は、積層型圧電素子の断面ＳＥＭ像における内部電極中の組成の面積比から算出できる。
さらに、圧電体１１がペロブスカイト型酸化物を主成分とすることが好ましい。これは、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を代表とするペロブスカイト型圧電セラミックス材料等で形成されると、その圧電特性を示す圧電歪み定数ｄ３３が高いことから、変位量を大きくすることができ、さらに、圧電体１１と内部電極１２を同時に焼成することもできる。上記に示した圧電体１１としては、圧電歪み定数ｄ３３が比較的高いＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３からなるペロブスカイト型酸化物を主成分とすることが好ましい。
さらに、焼成温度が９００℃以上１０００℃以下であることが好ましい。これは、焼成温度が９００℃以下では、焼成温度が低いため焼成が不十分となり、緻密な圧電体１１を作製することが困難になる。また、焼成温度が１０００℃を超えると、内部電極１２と圧電体１１接合強度が大きくなるからである。
また、本発明の積層型圧電素子の側面に端部が露出する内部電極１２と端部が露出しない内部電極１２とが交互に構成されており、前記端部が露出していない内部電極１２と外部電極１５間の圧電体部分に溝が形成されており、この溝内に、圧電体１１よりもヤング率の低い絶縁体が形成されていることが好ましい。これにより、このような積層型圧電素子では、駆動中の変位によって生じる応力を緩和することができることから、連続駆動させても、内部電極１２の発熱を抑制することができる。
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１１となるセラミックグリーンシートを作製する。
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、酸化銀等の金属酸化物、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。ここで、内部電極１２にＲ状のパターンを形成するには、あらかじめ、スクリーン印刷の版にＲ状となるようにパターンを形成して印刷する。薄膜手法で電極を形成する場合は、Ｒ状となるようにパターンを形成したメタルマスクを代表とするマスクパターンをグリーンシート状に配置して電極パターンを形成した。
そして、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体１３が作製される。
このとき、不活性層１４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１４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１４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、緻密な積層体を形成することができる。
なお、積層体１３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１１と複数の内部電極１２とを交互に積層してなる積層体１３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。
次に、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、これをシート状に成形し、乾燥した（溶媒を飛散させた）シートの生密度を６〜９ｇ／ｃｍ３に制御し、このシートを、積層体１３の外部電極形成面に転写し、ガラスの軟化点よりも高い温度、且つ銀の融点（９６５℃）以下の温度で、且つ積層体１３の焼成温度（℃）の４／５以下の温度で焼き付けを行うことにより、銀ガラス導電性ペーストを用いて作製したシート中のバインダー成分が飛散消失し、３次元網目構造をなす多孔質導電体からなる外部電極１５を形成することができる。
このとき、外部電極１５を構成するペーストを多層のシートに積層してから焼付けを行っても、１層ごとに積層しては焼付けを行っても良いが、多層のシートに積層してから一度に焼付けを行うほうが量産性に優れている。そして、外部電極層の層ごとにガラス成分を変える場合は、シートごとにガラス成分の量を変えたものを持ちいればよいが、最も圧電体１１に接した面にごく薄くガラスリッチな層を構成したい場合は、積層体に、スクリーン印刷等の方法で、ガラスリッチなペーストを印刷した上で、多層のシートを積層する事が用いられる。このとき、印刷のかわりに５μｍ以下のシートを用いても良い。
なお、前記銀ガラス導電性ペーストの焼き付け温度は、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、さらには、外部電極１５と柱状積層体１３側面とを部分的に接合させるという点から、５００〜８００℃が望ましい。また、銀ガラス導電性ペースト中のガラス成分の軟化点は、５００〜８００℃が望ましい。
焼き付け温度が８００℃より高い場合には、銀ガラス導電性ペーストの銀粉末の焼結が進みすぎ、有効的な３次元網目構造をなす多孔質導電体を形成することができず、外部電極１５が緻密になりすぎてしまい、結果として外部電極１５のヤング率が高くなりすぎ駆動時の応力を十分に吸収することができずに外部電極１５が断線してしまう可能性がある。好ましくは、ガラスの軟化点の１．２倍以内の温度で焼き付けを行った方がよい。
一方、焼き付け温度が５００℃よりも低い場合には、内部電極１２端部と外部電極１５の間で十分に拡散接合がなされないために、ネック部が形成されず、駆動時に内部電極１２と外部電極１５の間でスパークを起こしてしまう可能性がある。
そして、外部電極１５にリード線を接続し、該リード線を介して一対の外部電極１５に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、積層体１３を分極処理することによって、本発明の積層型圧電素子を利用した積層型圧電アクチュエータが完成し、リード線を外部の電圧供給部に接続し、リード線及び外部電極１５を介して内部電極１２に電圧を印加させれば、各圧電体１１は逆圧電効果によって大きく変位し、これによって例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能する。
さらに、外部電極１５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１５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１５に流れる電流を低減できるという理由から、外部電極１５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。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。
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。
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。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。
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、上記では、積層体１３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を形成してもよい。
図５は、本発明の噴射装置を示すもので、収納容器３１の一端には噴射孔３３が設けられ、また収納容器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が収容されている。
噴射孔３３には燃料通路３７が連通可能に設けられ、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内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるように形成されている。
また、ニードルバルブ３５の上端部は直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となっている。そして、収納容器３１内には、上記した圧電アクチュエータ４３が収納されている。
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。
また、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や振動防止装置等に搭載される駆動素子、または、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、ならびに圧電ジャイロ、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以外であっても、圧電特性を用いた素子であれば、実施可能であることは言うまでもない。
（実施例１）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（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１１になるセラミックグリーンシートを作製した。
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３μｍの厚みで、図６〜１０に示す形状で印刷して形成したシートを３００枚積層し、焼成した。焼成は、８００℃で保持した後に、１０００℃で焼成した。
図６は、内部電極１２と絶縁領域１６との境界がＲ状であり、積層型圧電素子の全ての素子側面で異なる極性の内部電極が露出している内部電極パターンを示す図である。ここで、図６（ａ）、（ｂ）は異なる極性を有するそれぞれの内部電極パターンを示す平面図で、（ｃ）は異なる極性を有する内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａを示す図である。
図７は、内部電極１２と絶縁領域１６との境界がＲ状であり、積層型圧電素子の全ての素子側面で異なる極性の内部電極が露出している内部電極パターンで、さらに圧電体１１にＲ面が形成されていることを示す図である。ここで、図７（ａ）、（ｂ）は異なる極性を有するそれぞれの内部電極パターンを示す平面図で、（ｃ）は異なる極性を有する内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａを示す図である。
図８は、内部電極１２と絶縁領域１６との境界が直線状であり、積層型圧電素子の一部の素子側面では片方の内部電極しか露出していない内部電極パターンを示す図である。ここで、図８（ａ）、（ｂ）は異なる極性を有するそれぞれの内部電極パターンを示す平面図で、（ｃ）は異なる極性を有する内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａを示す平面図である。
図９は、内部電極１２と絶縁領域１６との境界が直線状であり、積層型圧電素子の全ての素子側面で異なる極性の内部電極が露出している積層型圧電素子の内部電極パターンを示す図である。ここで、図９（ａ）、（ｂ）は異なる極性のそれぞれの内部電極パターンを示す平面図で、（ｃ）は異なる極性を有する内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａを示す図である。
図１０は、内部電極１２と絶縁領域１６との境界が直角状であり、積層型圧電素子の全ての素子側面で異なる極性の内部電極が露出している積層型圧電素子の内部電極パターンを示す図である。ここで、図９（ａ）、（ｂ）は異なる極性のそれぞれの内部電極パターンを示す平面図で、（ｃ）は異なる極性を有する内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａを示す図である。
図１１は、内部電極１２と絶縁領域１６との境界が直線状であり、異なる極性の内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａの形状が非点対称形であり、積層型圧電素子の全ての素子側面で異なる極性の内部電極が露出している積層型圧電素子の内部電極パターンを示す図である。ここで、図１０（ａ）、（ｂ）は異なる極性のそれぞれの内部電極パターンを示す平面図で、（ｃ）は異なる極性を有する内部電極同士が圧電体１１を介して重なる部分１２ａを示す図である。
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合計質量１００質量部に対して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、このようにして作製した銀ガラス導電性ペーストを離型フィルム上にスクリーン印刷によって形成し、乾燥後、離型フィルムより剥がして、銀ガラス導電性ペーストのシートを得た。
そして、前記銀ガラスペーストのシートを積層体１３の外部電極１５面に転写して積層し、７００℃で３０分焼き付けを行い、外部電極１５を形成した。
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、図１に示すような積層型圧電素子を用いた積層型圧電アクチュエータを作製した。
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、すべての積層型圧電アクチュエータにおいて、積層方向に４５μｍの変位量が得られた。さらに、この積層型圧電アクチュエータを室温で０〜＋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。結果は表１に示すとおりである。
この表１から、比較例である試料番号３、４、５、６は、内部電極１２と絶縁領域１６との境界がＲ状でないため、積層型圧電アクチュエータを連続駆動させると、圧電変位の大きくなる部分と圧電変位しない部分の境界に応力が集中して、該積層界面にかかる負荷が増大して圧電体１１の絶縁領域１６にクラックが生じるとともに、駆動中にノイズが発生した。
これらに対して、本発明の実施例である試料番号１、２では、内部電極１２と絶縁領域１６との境界がＲ状であるため、１×１０９回連続駆動させた後も、素子変位量が著しく低下することなく、積層型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、また、誤作動が生じない優れた耐久性を有した積層型圧電アクチュエータを作製できた。
特に試料番号２は、圧電体１１にＲ面があるため、１×１０９回連続駆動させた後も、素子変位量がほとんど変化せず、極めて耐久性に優れていた。
（実施例２）実施例１の試料Ｎｏ．２の積層型圧電アクチュエータの内部電極１２の材料組成を変化させて、各試料の変位量の変化率を測定した。ここで、変位量の変化率とは、各試料の積層型圧電素子が駆動回数１×１０９回に達した時の変位量（μｍ）と、連続駆動を開始する前の積層型圧電素子初期状態の変位量（μｍ）とを比較したものである。結果を表２に示す。
表２より、試料Ｎｏ．１の内部電極１２を銀１００％にした場合は、シルバーマイグレーションにより積層型圧電素子の一部に破損が生じた。また、試料Ｎｏ．１８は内部電極１２中の金属組成物において８〜１０族金属の含有量が１５質量％を超えており、また、１１族金属の含有量が８５質量％未満であるため、内部電極１２の比抵抗が大きいことで積層型圧電素子を連続駆動させた際発熱して、積層型圧電アクチュエータの変位量が低下することがわかる。
これに対して、試料Ｎｏ．２〜１４は、内部電極１２中の金属組成物が８〜１０属金属の含有量をＭ１質量％、１ｂ属金属の含有量をＭ２質量％としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００質量％を満足する金属組成物を主成分とするために、内部電極１２の比抵抗を小さくして発熱を抑制できたとともに、伸縮性に富んだ内部電極１２とすることができたので、クラックが発生することなく素子変位量が安定した積層型アクチュエータを作製できた。
試料Ｎｏ．１５〜１７も内部電極１２の比抵抗を小さくでき、連続駆動させても内部電極１２で発生する発熱を抑制できたので、素子変位量が安定した積層型アクチュエータを作製できることがわかる。
なお、本発明は、上記実施例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内で種々の変更を行うことは何等差し支えない。
１１、１０１・・・圧電体
１２、１０２・・・内部電極
１２ａ・・・異なる極性の内部電極同士が圧電体を介して重なる部分
１３、１０３・・・積層体
１４、１０４・・・不活性層
１５、１０５・・・外部電極
１６、１０６・・・絶縁領域
２１・・・気孔
２２・・・接線
２３・・・角度
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
１２、１０２・・・内部電極
１２ａ・・・異なる極性の内部電極同士が圧電体を介して重なる部分
１３、１０３・・・積層体
１４、１０４・・・不活性層
１５、１０５・・・外部電極
１６、１０６・・・絶縁領域
２１・・・気孔
２２・・・接線
２３・・・角度
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
Claims (12)
- 圧電体と内部電極とが交互に積層されてなる積層体と、該積層体の側面に正極と負極、または正極とグランドのいずれかとなる一対の外部電極とを備え、前記内部電極を正極の外部電極、負極またはグランドの外部電極と交互に接続するとともに、前記内部電極と極性が異なる外部電極間に絶縁領域を形成してなる積層型圧電素子であって、前記内部電極と前記絶縁領域との境界をＲ状に形成したことを特徴とする積層型圧電素子。
- 異なる極性を有する前記内部電極同士が前記圧電体を介して重なる部分の形状がＲ状であることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電素子。
- 前記Ｒ状の曲率半径Ｒが０．５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極を前記積層体の側面に露出させたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極に空隙を設け、該内部電極の断面における全断面積に対する空隙の占める面積比が５〜７０％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極中の金属組成物が８〜１０族金属および／または１１族金属を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極中の８〜１０族金属の含有量をＭ１（質量％）、１１族金属の含有量をＭ２（質量％）としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記８〜１０族金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種以上であり、１１族金属がＣｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項６または７に記載の積層型圧電素子。
- 前記８〜１０族金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上であり、１１族金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項８に記載の積層型圧電素子。
- 前記８〜１０族金属がＮｉであることを特徴とする請求項８に記載の積層型圧電素子。
- 前記１１族金属がＣｕであることを特徴とする請求項８に記載のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 噴射孔を有する収納容器と、該収納容器に収納された請求項１乃至１１のいずれかに記載の積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする噴射装置。
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