JP3909274B2

JP3909274B2 - 積層型圧電素子及び噴射装置

Info

Publication number: JP3909274B2
Application number: JP2002245838A
Authority: JP
Inventors: 成信中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2022-08-26
Also published as: JP2004087728A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型圧電素子及び噴射装置に関し、例えば、自動車用燃料噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動素子等に用いられる積層型圧電素子及び噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、積層型圧電素子としては、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、圧電磁器と内部電極板を交互に積層したスタックタイプとの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、同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエータが薄層化に対して有利であるために、その優位性を示しつつある。
【０００３】
図６は、従来の積層型圧電アクチュエータを示すもので、このアクチュエータでは、圧電体５１と内部電極５２が交互に積層されて柱状積層体５３が形成され、その積層方向における両端面には不活性層５５が積層されている。内部電極５２は、その一方の端部が左右交互に絶縁体６１で被覆され、その上から帯状外部電極７０が内部電極５２と左右各々一層おきに導通するように形成されている。帯状外部電極７０上には、さらにリード線７６が半田７７により固定されている。
【０００４】
ところで、近年においては、小型の圧電アクチュエータで大きな圧力下において大きな変位量を確保するため、より高い電界を印加し、長期間連続駆動させることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した圧電アクチュエータでは、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合、圧電体５１間に形成された内部電極５２と、正極、負極用の外部電極７０との間で剥離が発生し、一部の圧電体５１に電圧供給されなくなり、駆動中に変位特性が変化するという問題があった。
【０００６】
また、特開平７−２８３４５１号公報や特開平８−５１２４０号公報などには、一層おきの内部電極の端部にメッキにより導電性凸部を形成することが開示されているが、柱状積層体中央部における内部電極の厚みと、内部電極端部の厚みは同等の厚みであるため、柱状積層体内の内部電極端と導電性凸部との接合強度が弱く、駆動中に前記導電性凸部と内部電極端部が剥離し、圧電体の一部に電圧が供給されなくなり、変位特性が低下するといった問題があった。
【０００７】
本発明は、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極と内部電極とが断線することがなく、耐久性に優れた積層型圧電素子及び噴射装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる柱状積層体と、該柱状積層体の側面に設けられ、前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極とを具備してなる積層型圧電素子であって、前記柱状積層体の側面から突出し、根元部が前記内部電極の端部に接続され、先端が前記外部電極に接続された突起状導電性端子を備え、前記内部電極の厚みは、該内部電極の幅方向の中央部よりも前記突起状導電性端子に接続された前記端部の方が厚く、前記端部付近の厚みは、該端部に向かうにつれて積層方向両側に漸次増加していることを特徴とする。
【０００９】
本発明の積層型圧電素子では、柱状積層体の側面から突出し、根元部が内部電極の端部に接続され、先端が外部電極に接続された突起状導電性端子を備えているので、積層型圧電素子が積層方向に駆動すると、突起状導電性端子が変形してアクチュエータの伸縮によって生じる応力を吸収できる。また、内部電極の厚みは、該内部電極の幅方向の中央部よりも突起状導電性端子に接続された端部の方が厚く、端部付近の厚みは、該端部に向かうにつれて積層方向両側に漸次増加しているので、内部電極端部と突起状導電性端子との接合部の面積を大きくすることができる。これにより、内部電極と突起状導電性端子の接続を強固にできるため、高電界、高圧力下で長期間連続運転させた場合でも、外部電極と内部電極との断線を抑制することができ、耐久性を大幅に向上できる。
【００１０】
本発明では、ガラスを主成分とするガラス領域が、前記突起状導電性端子の根元部の側面及び該側面につづく前記柱状積層体の側面を覆っているときには、このガラス領域が突起状導電性端子５を保持することになるので、突起状導電性端子の強度を向上させることができる。
【００１１】
本発明におけるガラス領域が、柱状積層体の側面に垂直な方向の厚みが突起状導電性端子から離隔するにつれて漸次減少しているときには、ガラス領域の表面がなだらかに傾斜面となるので、ガラス領域の一部に応力が集中するのを防止することができる。
【００１２】
本発明では、外部電極が形成される柱状積層体の側面における突起状導電性端子間には、内部電極端が露出する凹溝が形成されており、凹溝における柱状積層体の積層方向の厚みが、柱状積層体の側面側よりも前記凹溝の底面側の方が厚いことが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納容器と、該収納容器内に収容された上記積層型圧電素子と、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するものである。
【００１４】
このような噴射装置では、上記したように、積層型圧電素子自体において外部電極と内部電極との断線を抑制でき、耐久性を大幅に向上できるため、噴射装置の耐久性をも向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の積層型圧電アクチュエータからなる積層型圧電素子の一形態を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示す斜視図、（ｄ）は内部電極と外部電極の接合部近傍の拡大図である。
【００１６】
積層型圧電アクチュエータは、図１に示すように、複数の圧電体１と複数の内部電極２とを交互に積層してなる四角柱状の柱状積層体１ａの側面において、内部電極２の端部を一層おきに絶縁体３で被覆し、絶縁体３で被覆していない内部電極２の端部に、積層型圧電素子の伸縮方向に変形可能な突起状導電性端子５を設け、該突起状導電性端子５の先端部に板状導電部材４ａからなる外部電極４を接合し、各外部電極４にリード線６を半田により接続固定して構成されている。リード線６は外部電極４を外部の電圧供給部に接続する作用をなす。
【００１７】
圧電体１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃（以下ＰＺＴと略す）、或いはチタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃を主成分とする圧電セラミックス材料等で形成されている。この圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数ｄ₃₃が高いものが望ましい。
【００１８】
また、圧電体１の厚み、つまり内部電極２間の距離は５０〜２５０μｍが望ましい。これは、積層型圧電アクチュエータは電圧を印加してより大きな変位量を得るために、積層数を増加させる方法がとられるが、積層数を増加させた場合に圧電体１の厚みが厚すぎるとアクチュエータの小型化、低背化ができなくなり、一方、圧電体１の厚みが薄すぎると絶縁破壊しやすいからである。
【００１９】
圧電体１の間には内部電極２が配されているが、この内部電極２は銀−パラジウム等の金属材料で形成されており、各圧電体１に所定の電圧を印加し、圧電体１に逆圧電効果による変位を起こさせる作用をなす。
【００２０】
また、突起状導電性端子５が形成された柱状積層体１ａの側面には、内部電極２一層おきに凹溝１１が形成されており、この凹溝１１の底面には内部電極２端が露出している。凹溝１１内にはガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等が充填されて絶縁体３が形成されている。この絶縁体３は、柱状積層体１ａの変位に対して追従する弾性率が低い材料、具体的にはシリコーンゴム等からなることが好適である。
【００２１】
突起状導電性端子５と凹溝１１内の絶縁体３は、外部電極４が形成される柱状積層体１ａの側面に露出した内部電極２の端部に交互に形成されている。
【００２２】
即ち、凹溝１１内に充填された絶縁体３により内部電極２の端部が互い違いに一層おきに絶縁され、内部電極２の絶縁されていない他方の端部は、突起状導電性端子５を介して板状導電部材４ａからなる外部電極４と接合されている。
【００２３】
柱状積層体１ａの対向する側面にはそれぞれ板状導電部材４ａからなる外部電極４が突起状導電性端子５を介して接続固定されており、各々の外部電極４には、積層されている内部電極２が一層おきに電気的に接続されている。この板状導電部材４ａからなる外部電極４は、接続されている各内部電極２に圧電体１を逆圧電効果により変位させるに必要な電圧を共通に供給する作用をなす。
【００２４】
このように板状導電部材４ａからなる外部電極４が突起状導電性端子５を介して内部電極２端部と接続されているため、アクチュエータを高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、突起状導電性端子５がアクチュエータの伸縮によって生じる応力を吸収し、該外部電極４と内部電極２の断線を抑制することができ、耐久性に優れたアクチュエータを提供することができる。
【００２５】
突起状導電性端子５の積層方向と同一方向の厚みＢは、図１（ｃ）に示すように、外部電極４と内部電極２との接続部の抵抗を低くし、且つアクチュエータの駆動時に生じる応力を十分に吸収するという点から、１μｍ以上且つ圧電体１厚みの１／２以下であることが望ましい。特には、厚みＢは５〜２５μｍが望ましい。
【００２６】
また、突起状導電性端子５の突出高さｈは、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、圧電体１厚みの１／２０以上であることが望ましい。特には突出高さｈは、１５〜５０μｍが望ましい。
【００２７】
さらに、板状導電部材４ａの厚みｔは、アクチュエータの伸縮に追従し、外部電極４と突起状導電性端子５の間、若しくは突起状導電性端子５と内部電極２の間で断線を生じないという点から、５０μｍ以下であることが望ましい。
【００２８】
また、突起状導電性端子５は、銀、ニッケル、銅、金、アルミニウム、等の導電性を備えた金属及びそれらの合金からなり、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、ヤング率の低い銀、若しくは銀が主成分の合金が望ましい。
【００２９】
さらに、板状導電部材４ａは、銀、ニッケル、銅、金、アルミニウム、等の導電性を備えた金属及びそれらの合金からなり、このうち、突起状導電性端子５との接合強度が強く、ヤング率が低いという点から、銀、若しくは銀が主成分の合金が望ましい。
【００３０】
そして、本発明では、突起状導電性端子５と接続する内部電極２の端部２ａの厚みは、柱状積層体１ａ中央部の内部電極２（内部電極２の中央部２ｂ）の厚みよりも厚くされている。この突起状導電性端子５と接続する内部電極２の端部２ａの厚みは、内部電極２と突起状導電性端子５の接続を有効的に強固にするという点から、内部電極２の中央部２ｂの厚みの１．３倍以上であることが望ましい。
【００３１】
尚、凹溝１１を形成しない場合であってもよいが、上記したように、突起状導電性端子５が形成された柱状積層体１ａの側面において、突起状導電性端子５が形成されていない内部電極２の端部に凹溝１１が形成されていることが望ましい。これは、突起状導電性端子５に接続する内部電極２の端部２ａの厚みを有効的に厚くすることができるため、即ち、後述する突起状導電性端子５が形成される過程において、凹溝１１部が変形し、凹溝１１の外部電極４側の開口幅が積層方向に狭まることにより、突起状導電性端子５が接続される内部電極２の端部２ａを厚くすることができるからである。
【００３２】
また、凹溝１１は、凹溝１１間の凸状となった圧電体１及び内部電極２部の強度を損なうことなく、有効的に凹溝１１が変形して、突起状導電性端子５に接続する内部電極２の端部２ａの厚みを厚くすることができるという点から、深さを５０〜５００μｍ、積層方向の幅を圧電体１厚みの１／３〜２／３にすることが望ましい。
【００３３】
本発明の積層型圧電素子の製法について説明する。まず、柱状積層体１ａを作製する。複数の圧電体１と複数の内部電極２とを交互に積層して成る柱状積層体１ａは、ＰＺＴ等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（フタル酸ジオチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジブチル）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１となるセラミックグリーンシートを作製する。
【００３４】
次に、銀−パラジウム粉末にバインダー、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。
【００３５】
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作製される。
【００３６】
その後、図２（ａ）に示すようにダイシング装置等により柱状積層体１ａの側面に一層おきに凹溝１１を形成する。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように、凹溝１１間における柱状積層体１ａの露出した内部電極２およびこの内部電極２の近傍の圧電体１表面に、粒径０．１〜１０μｍの銀粉末を５０〜８０体積％と、残部が粒径０．１〜１０μｍでケイ素を主成分とする軟化点が６００〜９５０℃のガラス粉末２０〜５０体積％からなる混合物にバインダーを加えて作製した銀ガラス導電性ペースト２１を塗布、乾燥する。
【００３８】
さらに、図２（ｃ）に示すように、塗布した銀ガラス導電性ペースト２１に板状導電部材４ａを押圧するように荷重を加えた状態で７００〜９５０℃で熱処理することにより、銀ガラス導電性ペースト２１中のガラスが溶融し、図２（ｄ）に示すように、溶融したガラス中に存在する銀成分が内部電極２の端部に集合し、柱状積層体１ａの側面から突出する突起状導電性端子５が形成されるとともに、該突起状導電性端子５の先端部を板状導電部材４ａに接合することができる。このとき、銀ガラス導電性ペースト２１中の銀成分が内部電極２の端部２ａに拡散していき、内部電極２の端部２ａの厚みが内部電極２の中央部２ｂの厚みよりも厚くなる。尚、銀ガラス導電性ペースト２１中のガラス５ａは、突起状導電性端子５の根元部に集合し、突起状導電性端子５を保持することになる。
【００３９】
即ち、ペーストにガラス成分を分散させておくことにより、上述の熱処理時ににガラスが軟化し、この状態において圧電体１には拡散しにくい銀が内部電極２の端部に拡散して寄り集まるため、図２（ｄ）に示すような突起状導電性端子５を形成できる。特に、本発明では、凹溝１１を形成した後に、銀ガラス導電ペースト２１を塗布、熱処理することにより、内部電極２の端部２ａの厚みを柱状積層体１ａ中央部における内部電極２の厚みよりも厚くできる。このように、内部電極２の端部２ａの厚みが大きくなるため、その先端に形成される突起状導電性端子５との接合強度が大きくなる。尚、銀ガラス導電性ペースト２１の熱処理後に凹溝１１を形成し、再度熱処理することによっても内部電極２の端部２ａの厚みを柱状積層体１ａ中央部における内部電極２の厚みよりも厚くできる。
【００４０】
内部電極２の端部２ａと柱状積層体１ａ中央部における内部電極２の厚み比率は、熱処理温度、及び銀ガラス導電性ペースト２１中の銀の含有量を変化させることにより制御することができる。
【００４１】
この突起状導電性端子５は柱状積層体１ａの側面の一部に形成されており、レール状に形成され、その長さは板状導電部材４ａからなる外部電極４の幅とほぼ同一とされている。尚、突起状導電性端子５の長さは、外部電極４の幅よりも短くても良い。
【００４２】
銀ガラス導電性ペースト２１中の銀粉末を５０〜８０体積％、残部のガラス粉末を２０〜５０体積％としたのは、この範囲内とすることにより、突起状導電端子５を構成する銀成分が適量となり、形成される突起状導電性端子５の突出高さｈを高くできるとともに、銀ガラス導電性ペースト２１中の固形分残部であるガラス成分が適量となるため、該銀ガラス導電性ペースト２１の焼き付け時に溶融するガラス成分も適量であり、銀成分が内部電極２端部に容易に集合し、突起状導電性端子５の突出高さｈを高くできる。
【００４３】
なお、上述の突起状導電性端子５の形成と、該突起状導電性端子５と板状導電部材４ａの接合の熱処理時に加える荷重は圧力にして、２〜５００ｋＰａが望ましい。この範囲とすることにより、突起状導電性端子５と板状導電部材４ａとの間で拡散接合を十分に行うことができ、接合部の強度を高くできるとともに、圧力が適度となるため、突起状導電性端子５の変形を防止できる。
【００４４】
尚、予め、柱状積層体１ａの凹溝１１以外の柱状積層体１ａに露出した内部電極２、およびこの内部電極２の近傍の圧電体１表面に対応する板状導電部材４ａの部分、即ち凹溝１１間の凸部に対応する板状導電部材４ａの部分に、銀ガラス導電性ペースト２１を塗布乾燥し、この板状導電部材４ａを柱状積層体１ａに押圧するように荷重を加えた状態で熱処理してもよい。
【００４５】
また、板状導電部材４ａの全面に銀ガラス導電性ペースト２１を塗布乾燥し、この板状導電部材４ａの導電性ペースト塗布面側を柱状積層体１ａの内部電極２が露出した面に押圧し、熱処理することにより突起状導電性端子５を形成するとともに、その先端部を板状導電部材４ａに接続することができる。この場合にはさらに工程を短縮することができる。
【００４６】
その後、凹溝１１内にシリコーンゴムからなる絶縁体３を充填し、リード線６を接続することにより本発明の積層型圧電素子が完成する。
【００４７】
そして、リード線６を介して一対の外部電極４に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、柱状積層体１ａを分極処理することによって、製品としての積層型圧電アクチュエータが完成し、リード線６を外部の電圧供給部に接続し、リード線６及び外部電極４を介して内部電極２に電圧を印加させれば、各圧電体１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。
【００４８】
以上のように構成された積層型圧電素子は、板状導電部材４ａからなる外部電極４が突起状導電性端子５を介して内部電極２と接続されているため、アクチュエータを高電界下、連続で駆動させた場合でも、突起状導電性端子５が変形して突起状導電性端子５が駆動時に生じる応力を十分に吸収できるため、外部電極４と内部電極２との間でスパークが生じるといった問題を防ぐことができ、高信頼性のアクチュエータを提供することができる。
【００４９】
さらに、本発明では、図３に示すように、板状導電部材４ａからなる外部電極４の外側に導電性補助部材７を形成しても良い。この場合には、板状導電部材４ａの外面に導電性補助部材７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７に流すことができ、外部電極４に流れる電流を低減できるという理由から、外部電極４が局所発熱を起こし断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。
【００５０】
なお、導電性補助部材７はアクチュエータの伸縮に追従し、駆動中に該導電性補助部材７の断線を防ぐ点から、フレキシブルな導電性接着剤７ａによって形成されていることが好ましい。また、導電性接着剤７ａにクラックが生じるのを防ぐという点から、金属等のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板を該導電性接着剤７ａに埋設しても良い。
【００５１】
さらに、前記導電性接着剤７ａは高温で駆動させる場合においても劣化しないという点から、高耐熱を有するポリイミド樹脂に導電剤を分散させたものが望ましい。
【００５２】
また、本発明では、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、導電性コイル７ｂ、若しくは導電性波板７ｃ、若しくは導電性繊維集合体（ウール状）７ｄにより導電性補助部材７を形成しても良い。この場合には、導電性補助部材７がアクチュエータの伸縮に追従することができ、駆動中に該導電性補助部材７が断線したり、該導電性補助部材７と外部電極４との間に応力を生じ、該導電性補助部材７が剥離するといった問題を防ぐことができ、耐久性を大きく向上させることができる。なお、前記導電性補助部材７と外部電極４との接続は、ロウ材による接合や、導電性接着剤による接合が好ましい。
【００５３】
導電性補助部材７としては、抵抗値及びヤング率が低く、伸縮性に富み、また、アクチュエータの断面積を小さくできるという点から、材質が銀の導電性波板７ｃが望ましい。
【００５４】
尚、上記例では、柱状積層体１ａの対向する側面に外部電極４を形成した例について説明したが、本発明では、例えば隣設する側面に一対の外部電極を形成してもよい。
【００５５】
図５は、本発明の噴射装置を示すもので、図において符号３１は収納容器を示している。この収納容器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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
【実施例】
まず、柱状積層体を作製した。圧電体は厚み１５０μｍのＰＺＴで形成し、内部電極は厚み３μｍの銀−パラジウム合金によって形成し、圧電体及び内部電極の各々の積層数は３００層とした。
【００６０】
次に、外部電極形成面に露出した内部電極の端部近傍に、内部電極一層おきに深さ１５０μｍ、幅７５μｍの凹溝を形成した。その後、凹溝間における内部電極およびこの内部電極の近傍の圧電体表面に、平均粒径５μｍの銀粉末を６０体積％と、残部が平均粒径５μｍでケイ素を主成分とする軟化点が７５０℃のガラス粉末４０体積％からなる混合物にバインダーを加えて作製した銀ガラス導電性ペーストを塗布、乾燥した。
【００６１】
さらに、この銀ガラス導電性ペーストに銀からなる厚み２５μｍの板状導電部材を３０ｋＰａで押圧した状態で９００℃で２時間熱処理を行い、柱状積層体から突出する突起状導電性端子を形成するとともに、該突起状導電性端子の先端部を前記板状導電部材に連結した。
【００６２】
その後、凹溝部に絶縁体としてシリコーンゴムを充填し、板状導電部材の外側には、ポリイミド樹脂に銀を分散させたフレキシブルな導電性接着剤にニッケルよりなるメッシュ状の板を埋設した導電性補助部材を形成した。さらに、前記導電性補助部材にリード線を接続し、正極及び負極の外部電極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３に示すような積層型圧電アクチュエータを作製した。
【００６３】
なお、突起状導電性端子には、銀とパラジウムが分散していた。また、このときの、突起状導電性端子の高さは平均で２０μｍで、該突起状導電性端子に接続する部分の内部電極端部の厚みは５μｍ、柱状積層体中央部の内部電極厚みは２μｍであった。内部電極端部の厚みに対する、柱状積層体中央部における内部電極の厚みの比率は２．５倍であった。
【００６４】
得られた積層型圧電アクチュエータに１５０Ｖの直流電圧を印加した結果、積層方向に４０μｍの変位量が得られた。さらに、このアクチュエータに室温で０〜＋１５０Ｖの交流電圧を１２０Ｈｚの周波数にて印加し駆動試験を行った結果、１×１０⁹サイクルまで駆動したところ４０μｍの変位量が得られ、外部電極の異常は見られなかった。
【００６５】
また、銀ガラス導電性ペーストの熱処理時間を１時間とする以外は、上記と同様にして積層型圧電アクチュエータを作製したところ、内部電極端部の厚みは２．６μｍ、柱状積層体中央部の内部電極厚みは２μｍであり、内部電極端部の厚みに対する、柱状積層体中央部における内部電極の厚みの比率は１．３倍であった。
【００６６】
このアクチュエータについても上記と同様にして駆動試験を行った結果、１×１０⁹サイクルまで駆動したところ４０μｍの変位量が得られ、外部電極の異常は見られなかった。
【００６７】
一方、比較例として、内部電極の一方の端部を左右交互にガラスからなる絶縁体で被覆し、その上から上記した銀ガラス導電性ペーストを塗布して７００℃で熱処理を行い、外部電極が内部電極と左右各々一層おきに導通した図６に示すアクチュエータを作製し、上記と同様の試験を行ったところ、駆動試験で１×１０⁵サイクルで外部電極にスパークが発生した。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の積層型圧電素子によれば、内部電極の端部が一層おきに柱状積層体の側面から突出し、各々が外部電極によって連結されている突起状導電性端子を設けるとともに、該突起状導電性端子に接続される内部電極端部の厚みを柱状積層体中央部における内部電極の厚みよりも厚くしたので、積層型圧電素子の伸縮によって生じる応力を十分に吸収することができ、外部電極と内部電極の間の接点不良や、外部電極が断線するといった問題を防ぐことができ、高信頼性を備えた積層型圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型圧電素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示す斜視図、（ｄ）は（ｂ）の一部を拡大して示す断面図である。
【図２】本発明の積層型圧電素子の製法を説明するための工程図である。
【図３】導電性補助部材を形成した積層型圧電素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】（ａ）はコイル状の導電性補助部材、（ｂ）は波板状の導電性補助部材、（ｃ）はウール状の導電性補助部材を用いた場合の本発明の積層型圧電素子の縦断面図である。
【図５】本発明の噴射装置を示す説明図である。
【図６】従来の積層型圧電アクチュエータの縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・圧電体
１ａ・・・柱状積層体
２・・・内部電極
２ａ・・・内部電極の端部
２ｂ・・・内部電極の中央部
４・・・外部電極
４ａ・・・板状導電部材
５・・・突起状導電性端子
５ａ・・・ガラス
１１・・・凹溝
３１・・・収納容器
３３・・・噴射孔
３５・・・バルブ
４３・・・圧電アクチュエータ

Claims

複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる柱状積層体と、該柱状積層体の側面に設けられ、前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極とを具備してなる積層型圧電素子であって、前記柱状積層体の側面から突出し、根元部が前記内部電極の端部に接続され、先端が前記外部電極に接続された突起状導電性端子を備え、前記内部電極の厚みは、該内部電極の幅方向の中央部よりも前記突起状導電性端子に接続された前記端部の方が厚く、前記端部付近の厚みは、該端部に向かうにつれて積層方向両側に漸次増加していることを特徴とする積層型圧電素子。
ガラスを主成分とするガラス領域が、前記突起状導電性端子の根元部の側面及び該側面につづく前記柱状積層体の側面を覆っていることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電素子。
前記ガラス領域は、前記柱状積層体の側面に垂直な方向の厚みが、前記突起状導電性端子から離隔するにつれて漸次減少していることを特徴とする請求項２記載の積層型圧電素子。
前記外部電極が形成される前記柱状積層体の側面における前記突起状導電性端子間には、内部電極端が露出する凹溝が形成されており、前記凹溝は、前記柱状積層体の積層方向の厚みが、前記柱状積層体の側面側よりも前記凹溝の底面側の方が厚いことを特徴とする請求項１〜３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、該収納容器内に収容された請求項１乃至４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。