JP5342846B2 - Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system - Google Patents

Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated piezoelectric element capable of obtaining a stable displacement amount even in drive of a long period of time under the condition of a high voltage and a high pressure. <P>SOLUTION: The laminated piezoelectric element 1 includes an external electrode 11 electrically connected to an internal electrode layer 5 on the side face of a laminate 7 in which a piezoelectric layer 3 and the internal electrode layer 5 are alternatively laminated, and a groove 12 whose bottom does not reach the laminate 7 is formed on the external electrode 11. Since the groove 12 whose bottom does not reach the laminate 7 is formed on the external electrode 11, stress is mitigated, the peeling of the external electrode 11 and cracks in the laminate 7 are suppressed, and the laminated piezoelectric element 1 having excellent durability is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、例えば、圧電体を用いた駆動素子(圧電アクチュエータ),センサ素子または回路素子に用いられる積層型圧電素子に関するものである。駆動素子としては、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置,インクジェットプリンタの印字装置のような液体噴射装置,光学装置における位置決め装置のような精密位置決め装置および振動防止装置が挙げられる。センサ素子としては、例えば、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,感圧センサおよびヨーレートセンサが挙げられる。また、回路素子としては、例えば、圧電ジャイロ,圧電スイッチ,圧電トランスおよび圧電ブレーカーが挙げられる。   The present invention relates to a laminated piezoelectric element used for a drive element (piezoelectric actuator), a sensor element or a circuit element using a piezoelectric body, for example. Examples of the driving element include a fuel injection device for an automobile engine, a liquid injection device such as a printing device for an ink jet printer, a precision positioning device such as a positioning device for an optical device, and a vibration prevention device. Examples of the sensor element include a combustion pressure sensor, a knock sensor, an acceleration sensor, a load sensor, an ultrasonic sensor, a pressure sensor, and a yaw rate sensor. Examples of the circuit element include a piezoelectric gyro, a piezoelectric switch, a piezoelectric transformer, and a piezoelectric breaker.

従来から、積層型圧電素子は、小型化が進められると同時に、大きな圧力下において大きな変位量を確保できることが求められている。そのため、積層型圧電素子には、より大きな変位量に応じたより高い電圧が印加され、しかも長時間連続駆動させる過酷な条件下で使用できることが要求されている。   Conventionally, multilayer piezoelectric elements have been required to be able to ensure a large amount of displacement under a large pressure at the same time as miniaturization proceeds. For this reason, it is required that the multilayer piezoelectric element be used under severe conditions in which a higher voltage corresponding to a larger displacement amount is applied and continuous driving is performed for a long time.

高電圧かつ高圧力の条件で長時間連続駆動させる場合には、積層型圧電素子の駆動に伴って、内部電極層および圧電体層で構成された積層体の側面に接合された外部電極に大きな応力がかかることとなり、そのため外部電極が積層体の側面から剥がれて破断してしまうことがある。そこで、積層型圧電素子の外部電極に破断が生じないように積層体による応力を緩和する目的で、例えば特許文献1に開示されているような、圧電体層にスリット状の応力緩和部を設けた構造や、特許文献2に開示されているような、あらかじめ圧電体層の内部に目標破断層として多孔質な層を設けた積層型圧電素子が提案されている。さらに、外部電極が応力で破断しても駆動できるように、例えば特許文献3に開示されているような、複数の電極を組み合わせた構造の外部電極も提案されている。
特開2005−223013号公報 特表2006−518934号公報 特開2006−128466号公報
When driving continuously for a long time under high voltage and high pressure conditions, as the stacked piezoelectric element is driven, the external electrode joined to the side surface of the stacked body composed of the internal electrode layer and the piezoelectric layer is greatly increased. As a result, stress is applied, and the external electrode may be peeled off from the side surface of the laminated body and broken. Therefore, for the purpose of relaxing the stress caused by the multilayer body so that the external electrode of the multilayer piezoelectric element does not break, for example, a slit-shaped stress relaxation portion is provided in the piezoelectric layer as disclosed in Patent Document 1. A multilayer piezoelectric element in which a porous layer as a target fracture layer is previously provided inside a piezoelectric layer, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133260, has been proposed. Furthermore, an external electrode having a structure in which a plurality of electrodes are combined has been proposed, for example, as disclosed in Patent Document 3, so that the external electrode can be driven even when it is broken by stress.
JP 2005-223013 A Special Table 2006-518934 JP 2006-128466 Gazette

しかしながら、外部電極の破断を防止するために積層型圧電素子の駆動時に圧電体層によって外部電極に加わる応力のみを緩和しようとすると、積層型圧電素子に外部から応力が加わったときに、圧電体層が応力で変形しようとしても外部電極に拘束された部分が変形できなくなり、外部電極の無い部分と外部電極のある部分との境において圧電体層に応力が集中して積層型圧電素子の積層体に亀裂が発生するという問題が生じるようになる。また、積層型圧電素子の駆動中においては、駆動による自己発熱による積層体の熱膨張に対して外部電極の熱膨張が異なることからも、外部電極の無い部分と外部電極のある部分との境に応力が集中し、外部電極が積層体から剥がれたり、外部電極にクラックが発生して内部電極層に電圧が供給されずに駆動が低下したりするという問題がある。   However, if it is attempted to relieve only the stress applied to the external electrode by the piezoelectric layer during driving of the multilayer piezoelectric element in order to prevent the external electrode from being broken, the piezoelectric body will be exposed when stress is applied to the multilayer piezoelectric element from the outside. Even if the layer is deformed by stress, the part restricted by the external electrode cannot be deformed, and the stress is concentrated on the piezoelectric layer at the boundary between the part without the external electrode and the part with the external electrode. The problem arises that the body cracks. In addition, during the driving of the multilayer piezoelectric element, the thermal expansion of the external electrode differs from the thermal expansion of the multilayer body due to self-heating due to the driving, so the boundary between the part without the external electrode and the part with the external electrode is also present. There is a problem that the stress concentrates on the external electrode, and the external electrode is peeled off from the laminated body, or the external electrode is cracked and the drive is lowered without supplying voltage to the internal electrode layer.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高電圧かつ高圧力の条件での長時間の駆動でも安定した変位量が得られる積層型圧電素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric element that can obtain a stable displacement even when driven for a long time under high voltage and high pressure conditions.

本発明の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体の側面に、前記内部電極層に電気的に接続された外部電極を備えた積層型圧電素子であって、前記外部電極に、底が前記積層体に達していない複数の溝が前記積層体の積層方向に形成されており、隣接する前記溝同士の間隔が前記積層体の積層方向の端部側に向けて大きくなっていることを特徴とするものである。 The multilayer piezoelectric element of the present invention is a multilayer piezoelectric element having an external electrode electrically connected to the internal electrode layer on the side surface of the multilayer body in which piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately stacked. In the external electrode, a plurality of grooves whose bottoms do not reach the stacked body are formed in the stacking direction of the stacked body, and an interval between adjacent grooves is an end in the stacking direction of the stacked body It is characterized by becoming larger toward the side .

また、本発明の積層型圧電素子は、上記構成において、前記溝が、前記外部電極の最も前記積層体側に位置する最深層よりも表面側の層に形成されていることを特徴とするものである。   The multilayer piezoelectric element according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the groove is formed in a layer on a surface side of a deepest layer located on the multilayer body side of the external electrode. is there.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記溝は、一端が前記外部電極の縁に達していることを特徴とするものである。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, the groove has one end reaching the edge of the external electrode in each of the above configurations.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記溝は、底面の幅よりも前記外部電極の表面における開口の幅の方が大きいことを特徴とするものである。   The multilayer piezoelectric element of the present invention is characterized in that, in each of the above-described configurations, the groove has a width of an opening on the surface of the external electrode larger than a width of a bottom surface.

また、本発明の積層型圧電素子は、前記溝は、開口の幅が前記外部電極の縁側で大きくなっていることを特徴とするものである。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, the groove has an opening whose width is increased on the edge side of the external electrode.

また、本発明の積層型圧電素子は、前記溝は、前記外部電極の縁からこれに対向する縁にかけて形成されていることを特徴とするものである。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, the groove is formed from the edge of the external electrode to the edge facing the external electrode.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記溝は、前記内部電極層と平行に形成されていることを特徴とするものである。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, the groove is formed in parallel with the internal electrode layer in each of the above configurations.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記積層体は、駆動時に前記内部電極層よりも優先的に破断することによって応力を緩和する予定破断層を含んでおり、前記溝は、前記予定破断層の近傍に形成されていることを特徴とするものである。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, in each of the above structures, the multilayer body includes a planned fracture layer that relaxes stress by breaking preferentially over the internal electrode layer during driving, and the groove Is formed in the vicinity of the expected fracture layer.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記外部電極は、前記積層体の積層方向に交わる方向に沿って延びるように前記外部電極の厚み方向にわたってスリットがさらに形成されていることを特徴とするものである。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, in each of the above-described configurations, a slit is further formed in the thickness direction of the external electrode so that the external electrode extends along a direction intersecting the stacking direction of the multilayer body. It is characterized by this.

本発明の噴射装置は、噴射孔を有する容器と、上記いずれかの本発明の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とするものである。   An ejection device according to the present invention includes a container having an ejection hole and any one of the multilayer piezoelectric elements according to the present invention, and fluid stored in the container is driven from the ejection hole by driving the multilayer piezoelectric element. It is characterized by being discharged.

本発明の燃料噴射システムは、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する上記本発明の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とするものである。   The fuel injection system of the present invention includes a common rail that stores high-pressure fuel, the injection device of the present invention that injects the high-pressure fuel stored in the common rail, a pressure pump that supplies the high-pressure fuel to the common rail, and the injection And an injection control unit for supplying a drive signal to the apparatus.

本発明の積層型圧電素子によれば、外部電極に底が積層体に達していない溝が形成されていることにより、外部電極の積層体の積層方向に直交する方向の両方の端部、すなわち積層体の側面における外部電極の無い部分と外部電極のある部分との境に発生する応力を外部電極に形成された溝が吸収することができるので、外部電極が積層体から剥離したり積層体に亀裂が発生したりするのを抑制することができる。特に、急激に積層体に応力が加わるような場合でも、溝を起点として外部電極内に亀裂を生じさせて応力を緩和して、積層体での亀裂の発生の抑止および積層体からの外部電極の剥がれの発生の抑止を行なうことができる。   According to the multilayer piezoelectric element of the present invention, since the groove whose bottom does not reach the multilayer body is formed in the external electrode, both ends in the direction perpendicular to the stacking direction of the multilayer body of the external electrode, that is, Since the groove formed in the external electrode can absorb the stress generated at the boundary between the part without the external electrode and the part with the external electrode on the side surface of the multilayer body, the external electrode can be peeled off from the multilayer body It is possible to suppress the occurrence of cracks. In particular, even when stress is suddenly applied to the laminated body, cracks are generated in the external electrode starting from the groove to relieve the stress, thereby suppressing the occurrence of cracks in the laminated body and external electrodes from the laminated body. It is possible to suppress the occurrence of peeling.

さらに、外部電極の表面積が、溝が形成されていることによって増加するので、積層型圧電素子の駆動中に積層体において発生した自己発熱を積層体から外部電極を通して外部電極の表面から効果的に放散させることができる。この結果、高電圧かつ高圧力の条件での長時間の駆動でも、外部電極の剥離や積層体の亀裂が発生することを抑制することができるので、変位量を安定させることができる。   Furthermore, since the surface area of the external electrode is increased by the formation of the groove, the self-heating generated in the multilayer body during driving of the multilayer piezoelectric element is effectively prevented from the surface of the external electrode through the external electrode from the multilayer body. Can be dissipated. As a result, even when the driving is performed for a long time under a high voltage and high pressure condition, it is possible to suppress the peeling of the external electrode and the cracking of the laminated body, so that the amount of displacement can be stabilized.

また、本発明の噴射装置によれば、容器内に蓄えられた流体を噴射孔から吐出させる積層型圧電素子として本発明の積層型圧電素子を備えていることから、積層型圧電素子において外部電極が剥離したり積層体に亀裂が発生したりすることを防止でき、また、積層体の自己発熱による問題が生じるのを抑制することができるので、流体の噴射孔からの所望の吐出を長期にわたって安定して行なうことができる。   Further, according to the ejection device of the present invention, the multilayer piezoelectric element of the present invention is provided as the multilayer piezoelectric element for discharging the fluid stored in the container from the ejection hole. Can be prevented from peeling off or cracking in the laminated body, and problems due to self-heating of the laminated body can be suppressed, so that desired discharge from the fluid injection holes can be performed over a long period of time. It can be performed stably.

さらに、本発明の燃料噴射システムによれば、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射する装置として本発明の噴射装置を備えていることから、高圧燃料の所望の噴射を長期にわたって安定して行なうことができる。   Furthermore, according to the fuel injection system of the present invention, since the injection device of the present invention is provided as a device for injecting the high-pressure fuel stored in the common rail, the desired injection of high-pressure fuel can be stably performed over a long period of time. Can do.

以下、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の例について図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of a multilayer piezoelectric element of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す斜視図である。図1に示すように、本例の積層型圧電素子1は、圧電体層3と内部電極層5とが交互に積層された積層構造の積層体7の側面に、内部電極層5に電気的に接続された外部電極11を備えた積層型圧電素子1であって、外部電極11の表面側には底が積層体7に達していない溝(外部電極11の厚み方向にわたり、底が積層体7の側面にまでは達していない細隙)12が形成されている。   FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a laminated piezoelectric element of the present invention. As shown in FIG. 1, the multilayer piezoelectric element 1 of this example is electrically connected to the internal electrode layer 5 on the side surface of the multilayer structure 7 in which the piezoelectric layers 3 and the internal electrode layers 5 are alternately stacked. 1 is a multilayer piezoelectric element 1 having an external electrode 11 connected to a groove in which the bottom does not reach the multilayer body 7 on the surface side of the external electrode 11 (the bottom is the multilayer body over the thickness direction of the external electrode 11). A slit 12) that does not reach the side surface 7 is formed.

このように外部電極11に、底が積層体7に達していない溝12が形成されていることによって、溝12の周辺に外部電極11内に局所的に変形する領域を形成して、外部電極11に加わる応力を吸収することができる。特に、急激に積層体7に応力が加わるような場合でも、溝12を起点として外部電極11内に亀裂を生じさせて応力を緩和して、積層体7における亀裂の発生の抑止、および積層体7からの外部電極11の剥がれの発生の抑止を行なうことができる。   Thus, by forming the groove 12 whose bottom does not reach the laminate 7 in the external electrode 11, a region that is locally deformed in the external electrode 11 is formed around the groove 12. The stress applied to 11 can be absorbed. In particular, even when stress is suddenly applied to the laminate 7, cracks are generated in the external electrodes 11 starting from the grooves 12 to relieve the stress, thereby suppressing the occurrence of cracks in the laminate 7, and the laminate The occurrence of peeling of the external electrode 11 from 7 can be suppressed.

さらに、外部電極11に溝12が形成されていることによって外部電極11の表面積が溝12を形成した分だけ増加するので、積層型圧電素子1の駆動中に積層体7において発生した自己発熱を積層体7から外部電極11を通して外部電極11の表面から効果的に放散させることができる。この結果、高電圧かつ高圧力の条件での長時間の駆動でも、外部電極11の剥離や積層体7の亀裂が発生することを抑制することができるので、変位量を安定させることができる。   Further, since the surface area of the external electrode 11 is increased by the formation of the groove 12 due to the formation of the groove 12 in the external electrode 11, the self-heating generated in the multilayer body 7 during the driving of the multilayer piezoelectric element 1 is prevented. The laminate 7 can be effectively diffused from the surface of the external electrode 11 through the external electrode 11. As a result, even when the driving is performed for a long time under a high voltage and high pressure condition, it is possible to suppress the peeling of the external electrode 11 and the cracking of the laminated body 7, and thus the amount of displacement can be stabilized.

このような溝12は、積層型圧電素子1が駆動する際の積層体7の伸び縮みに応じて外部電極11が変形しやすいように溝12を設定すると効果的に応力を緩和できるので、積層体7の積層方向に長い外部電極11の長手方向に対して直交する方向(積層方向に直交する方向であって、圧電体層3および内部電極層5に沿った方向)に溝12を設けることが好ましい。外部電極11が積層体7の上下方向に長い長方形状であれば、図1に示すように、外部電極11の長手方向に対して直交する方向に溝12を設けることが好ましい。また、外部電極11が正方形状であれば、積層体7の積層方向の辺に対して直交する方向に溝12を設けることが好ましい。さらに、S字状やクランク状の外部電極11に対しても、外部電極11の全体を見たときに積層体7の積層方向に沿った長手方向に対して直交する方向に溝12を設けることが好ましい。   Such a groove 12 can relieve stress effectively by setting the groove 12 so that the external electrode 11 is easily deformed according to the expansion and contraction of the multilayer body 7 when the multilayer piezoelectric element 1 is driven. Providing grooves 12 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the external electrode 11 that is long in the laminating direction of the body 7 (a direction perpendicular to the laminating direction and along the piezoelectric layer 3 and the internal electrode layer 5) Is preferred. If the external electrode 11 is a rectangular shape that is long in the vertical direction of the laminate 7, it is preferable to provide the groove 12 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the external electrode 11 as shown in FIG. 1. Further, if the external electrode 11 is square, it is preferable to provide the groove 12 in a direction orthogonal to the side of the stacked body 7 in the stacking direction. Further, for the S-shaped or crank-shaped external electrode 11, the groove 12 is provided in a direction orthogonal to the longitudinal direction along the stacking direction of the multilayer body 7 when the entire external electrode 11 is viewed. Is preferred.

また、底部が積層体7に達していない溝12は、積層体7の積層方向に直交する方向に沿って、すなわち内部電極層5と平行に形成されていることが好ましい。これは、積層型圧電素子1が駆動して積層体7が伸び縮みする方向に、外部電極11に設けられた溝12の幅が広がったり狭まったりして変形しやすいためであり、この変形により外部電極11が積層体7と一緒に伸び縮みすることが可能となり、応力緩和効果を効果的に得ることができるからである。   The groove 12 whose bottom does not reach the multilayer body 7 is preferably formed along a direction orthogonal to the stacking direction of the multilayer body 7, that is, parallel to the internal electrode layer 5. This is because the width of the groove 12 provided in the external electrode 11 widens or narrows in the direction in which the multilayer piezoelectric element 1 is driven and the multilayer body 7 expands and contracts. This is because the external electrode 11 can be expanded and contracted together with the multilayer body 7, and a stress relaxation effect can be effectively obtained.

さらに、図2(a)および(b)にそれぞれ本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例の側面図およびA−A線断面図で示すように、外部電極11は、複数層が積層された積層構造を有しており、溝12が、外部電極11の最深層よりも上側の層に形成されていることが好ましい。この例では、積層体7側に位置する層(最深層)11Aおよび表面側に位置する層11Bが積層された外部電極11を示している。このように複数層が積層された積層構造を有する外部電極11を設けることで、特に、急激に積層体7に応力が加わるような場合でも、溝12を起点として外部電極11の層間に亀裂を生じさせて応力を緩和することができるので、積層体7からの外部電極11の剥がれの抑止と積層体7における亀裂の抑止とを両立できる。また、積層構造を有する外部電極11であると、溝12が形成されている層について種々の溝12のパターンを形成して積層することにより、溝12の形成が比較的容易に行なえるとともに、溝12の幅を途中で変えたりすることが比較的容易に行なえる点でも好ましい。   Furthermore, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively, in a side view and a cross-sectional view taken along the line AA of another embodiment of the multilayer piezoelectric element of the present invention, the external electrode 11 has a plurality of layers. It is preferable that the groove 12 is formed in a layer above the deepest layer of the external electrode 11. In this example, an external electrode 11 is shown in which a layer (deepest layer) 11A located on the laminate 7 side and a layer 11B located on the surface side are laminated. By providing the external electrode 11 having a laminated structure in which a plurality of layers are laminated in this manner, cracks are caused between the layers of the external electrode 11 with the groove 12 as a starting point, even when stress is suddenly applied to the laminated body 7. Since the stress can be relieved by being generated, it is possible to achieve both prevention of peeling of the external electrode 11 from the laminate 7 and prevention of cracks in the laminate 7. Further, in the case of the external electrode 11 having a laminated structure, the groove 12 can be formed relatively easily by forming and laminating various patterns of the groove 12 for the layer in which the groove 12 is formed, It is also preferable that the width of the groove 12 can be changed relatively easily.

このとき、外部電極11の最も積層体7側に位置する最深層(この例では層11A)の成分が、外部電極11の他の層(この例では11B)の成分よりも酸化ケイ素等のガラス成分を多く含有していることで、外部電極11(層11A)と積層体7との密着強度が高まるので、外部電極11が積層体7から剥がれ難くなってより好ましいものとなる。   At this time, the component of the deepest layer (in this example, the layer 11A) located on the outermost electrode 7 side of the external electrode 11 is made of glass such as silicon oxide rather than the component of the other layer of the external electrode 11 (in this example, 11B). By containing a large amount of components, the adhesion strength between the external electrode 11 (layer 11A) and the laminate 7 is increased, so that the external electrode 11 is difficult to peel off from the laminate 7 and becomes more preferable.

さらに、図4(a)および(b)にそれぞれ本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例の側面図およびA−A線断面図で示すように、積層構造を有する外部電極11を、最も積層体7側に位置する最深層11Aと、表面側に位置する層11Bと、それらの間に位置する層11Cとからなる場合等の3層以上の外部電極11を構成して、溝12を底が最深層11Aの表面側に位置するように形成した場合には、最深層11Aに接する層11Cに孤立した金属粒子からなる低剛性金属層を設けると、積層体7に特に急激な応力が加わるような場合でも、溝12を起点として外部電極11の層11C内に亀裂を生じさせて応力を緩和することができるので、積層体7からの外部電極11の剥がれの抑止と積層体7における亀裂の抑止とを両立できやすいものとなる。   Furthermore, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), respectively, a side view and a cross-sectional view taken along line AA of the embodiment of the multilayer piezoelectric element of the present invention, an external electrode having a multilayer structure. 11 is composed of three or more external electrodes 11 such as the deepest layer 11A located closest to the laminate 7, the layer 11B located on the surface side, and the layer 11C located therebetween. In the case where the groove 12 is formed so that the bottom is located on the surface side of the deepest layer 11A, if the low rigidity metal layer made of isolated metal particles is provided on the layer 11C in contact with the deepest layer 11A, the laminate 7 is particularly Even when abrupt stress is applied, cracks can be generated in the layer 11C of the external electrode 11 starting from the groove 12 to relieve the stress, so that the peeling of the external electrode 11 from the laminate 7 can be prevented. It becomes easy to achieve both suppression of cracks in the laminate 7.

さらに、図2(a)および(b)に、また図3(a)および(b)にそれぞれ本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例の側面図およびA−A線断面図で示すように、外部電極11に形成されている底が積層体7に達していない溝12は、一端が外部電極11の縁に達していることが好ましい。これは、積層型圧電素子1が駆動して積層体7が伸び縮みする時に、底が積層体7に達していない溝12が、応力が集中しやすい外部電極11の縁においてより容易に変形することができ、外部電極11の応力を効果的に緩和することができるからである。また、駆動による自己発熱による積層体7の熱膨張に対して外部電極11の熱膨張が異なることに起因する応力についても、この応力は外部電極11の縁に集中する傾向があるので、外部電極11の縁の外周距離(外周に沿った長さ)が溝12により増加することによって、効果的に緩和することができる。   2 (a) and 2 (b), and FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively, a side view and a cross-sectional view taken along line AA of another embodiment of the laminated piezoelectric element of the present invention. As shown in the drawing, it is preferable that one end of the groove 12 formed on the external electrode 11 whose bottom does not reach the multilayer body 7 reaches the edge of the external electrode 11. This is because when the multilayer piezoelectric element 1 is driven and the multilayer body 7 expands and contracts, the groove 12 whose bottom does not reach the multilayer body 7 is more easily deformed at the edge of the external electrode 11 where stress tends to concentrate. This is because the stress of the external electrode 11 can be effectively relieved. Further, regarding the stress caused by the difference in thermal expansion of the external electrode 11 with respect to the thermal expansion of the laminate 7 due to self-heating due to driving, the stress tends to concentrate on the edge of the external electrode 11. By increasing the outer peripheral distance (length along the outer periphery) of the edge of 11 by the groove 12, it can be effectively relaxed.

なお、図2には、外部電極11の対向する縁にそれぞれ一端が達している溝12を、いわゆる互い違いに配置している例を示しており、図3には、同じく外部電極11の対向する縁にそれぞれ一端が達している溝12を、対向する縁の対応する位置にそれぞれ配置している例を示している。図2に示す例のように溝12を配置した場合には、外部電極11の表層がいわゆるS字状の形態となり、あたかもバネのような動きで積層体7の伸び縮みに対して、変形することが可能となるので、外部電極11内の応力が緩和できる。また、図3に示す例のように溝12を配置した場合には、積層型圧電素子1の駆動方向すなわち積層体7の伸び縮みの方向に対して溝12を形成した外部電極11が左右対称の形状となるので、積層体7の伸び縮みに対して積層体7と外部電極11とが軸を揃えて変形することが可能となり、積層型圧電素子1の駆動軸がぶれることを抑制することができる。   FIG. 2 shows an example where so-called staggered grooves 12 each having one end reaching the opposite edge of the external electrode 11 are shown, and FIG. In the example, the grooves 12 each having one end reaching the edge are respectively arranged at positions corresponding to the opposite edges. When the groove 12 is arranged as in the example shown in FIG. 2, the surface layer of the external electrode 11 has a so-called S-shape, and it is deformed as if it were a spring-like movement in response to the expansion and contraction of the laminate 7. Therefore, the stress in the external electrode 11 can be relaxed. When the grooves 12 are arranged as in the example shown in FIG. 3, the external electrodes 11 having the grooves 12 formed symmetrically with respect to the driving direction of the multilayer piezoelectric element 1, that is, the direction of expansion and contraction of the multilayer body 7. Therefore, the multilayer body 7 and the external electrode 11 can be deformed with their axes aligned with respect to the expansion and contraction of the multilayer body 7, and the drive shaft of the multilayer piezoelectric element 1 is prevented from being shaken. Can do.

また、図3に示す例のように、積層体7の対向する側面にそれぞれ異なる極性の外部電極11同士が対向して配置された場合には、それぞれの外部電極11には、底が積層体7に達していない溝12も対向した位置にそれぞれ形成されていることが好ましい。これにより、積層体7に応力が加わった場合に、異なる極性の外部電極11同士が積層体7の対向する側面に形成されて対向していることで、応力をそれぞれの外部電極11に均等に分散させることができ、さらに、溝12を互いに対向した位置に配置することで、応力緩和の箇所を積層体7に対して対称に配置することができるので、積層体7に加わる応力を均等に分散することができ、応力が一箇所に集中することを避けることができることによって、優れた応力緩和効果を得ることができる。   Further, as in the example shown in FIG. 3, when the external electrodes 11 having different polarities are arranged opposite to each other on the opposite side surfaces of the multilayer body 7, the bottom of each external electrode 11 is the multilayer body. Preferably, the grooves 12 that do not reach 7 are also formed at opposite positions. As a result, when stress is applied to the multilayer body 7, the external electrodes 11 having different polarities are formed on the opposing side surfaces of the multilayer body 7 and face each other, so that the stress is evenly distributed to the respective external electrodes 11. Further, by disposing the grooves 12 at positions facing each other, the stress relaxation portions can be arranged symmetrically with respect to the laminated body 7, so that the stress applied to the laminated body 7 can be evenly distributed. An excellent stress relaxation effect can be obtained by being able to disperse and avoiding stress concentration in one place.

また、異なる極性の外部電極11同士が積層体7の対向する側面に対向して配置された場合には、底が積層体7に達していない溝12が積層体7の積層方向に延びる中心軸に対して回転対称の位置にそれぞれ形成されていることによって、積層型圧電素子1の駆動軸の中心が積層体7の中心軸と一致するので、駆動軸がぶれることがなく、耐久性の高い積層型圧電素子1とすることができる。さらに、溝12を積層体7を挟んで対向した位置で、かつ積層体7の積層方向に延びる中心軸に対して回転対称の位置に配置することによって、積層体7に加わる応力を均等に分散することで応力を緩和できるだけでなく、さらに、駆動軸がぶれない利点も併せ持つこととなり、積層型圧電素子1が駆動する際の自己発熱を抑制することができるので、耐久性の優れた積層型圧電素子1を得ることができる。   When the external electrodes 11 having different polarities are arranged opposite to the opposite side surfaces of the stacked body 7, the groove 12 whose bottom does not reach the stacked body 7 extends in the stacking direction of the stacked body 7. Since the center of the drive shaft of the multilayer piezoelectric element 1 coincides with the center axis of the multilayer body 7, the drive shaft is not shaken and has high durability. The multilayer piezoelectric element 1 can be obtained. Further, the stress applied to the laminate 7 is evenly distributed by arranging the grooves 12 at positions facing each other across the laminate 7 and at rotationally symmetric positions with respect to the central axis extending in the lamination direction of the laminate 7. As a result, not only can the stress be relieved, but also the advantage that the drive shaft does not shake is provided, and self-heating can be suppressed when the multilayer piezoelectric element 1 is driven. The piezoelectric element 1 can be obtained.

また、図4(a)および(b)に示すように、底が積層体7に達していない溝12は、底面の幅、すなわち外部電極11の積層体7との接合面側の底の幅よりも外部電極11の表面における開口の幅の方が大きいことが好ましい。図4に示す例では、外部電極11の層11Cにおける溝12の幅よりも、表面側に位置する層11Bにおける溝12の幅を大きいものとしている。このように溝12を底面の幅よりも外部電極11の表面における開口の幅が大きいものとすることで、外部電極11と積層体7との接合界面に集中した応力によって生じた熱を、溝12を介して幅が大きい開口に向かって外部電極11の表面に効率よく伝搬させて散逸させることができ、応力を緩和することができる。また、溝12を介して幅が大きい開口に向かって効率よく熱を散逸させることによって、熱膨張に起因する応力も抑止できるので、応力緩和に優れているものとすることができる。   Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, the groove 12 whose bottom does not reach the multilayer body 7 has a width at the bottom surface, that is, a width of the bottom on the joint surface side of the external electrode 11 with the multilayer body 7. It is preferable that the width of the opening on the surface of the external electrode 11 is larger than that. In the example shown in FIG. 4, the width of the groove 12 in the layer 11 </ b> B located on the surface side is larger than the width of the groove 12 in the layer 11 </ b> C of the external electrode 11. Thus, by making the groove 12 have a width of the opening on the surface of the external electrode 11 larger than the width of the bottom surface, the heat generated by the stress concentrated on the joint interface between the external electrode 11 and the laminate 7 is reduced. It can be efficiently propagated to the surface of the external electrode 11 through the opening 12 toward the opening having a large width and dissipated, and the stress can be relieved. Further, by efficiently dissipating heat toward the opening having a large width through the groove 12, the stress due to thermal expansion can be suppressed, so that the stress relaxation can be excellent.

このように溝12の底面の幅よりも開口の幅を大きいものとする場合には、底面の幅を例えば0.05〜0.5mmとし、それに対して開口の幅を2倍から3倍の0.1〜1.5mmに設定すればよい。   When the width of the opening is made larger than the width of the bottom surface of the groove 12 in this way, the width of the bottom surface is set to 0.05 to 0.5 mm, for example, and the width of the opening is set to 0.1 to 1.5, which is two to three times. What is necessary is just to set to mm.

また、図5(a)および(b)にそれぞれ本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例の側面図およびA−A線断面図で示すように、底が積層体7に達していない溝12の開口の幅は、外部電極11の縁側で大きくなっていることが好ましい。これによると、外部電極11の縁に集中する応力を縁に向かって大きな開口の幅で形成された溝12によって効果的に緩和することができるので、外部電極11の縁からの剥離や亀裂の発生を効果的に抑止することができ、積層型圧電素子1の耐久性を高いものとすることができる。さらに好ましくは、底が積層体7に達していない溝12の開口の縁をC面あるいはR面のように面取りされた形状にすることで、溝12の開口の縁での応力集中を避けることができる。   Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, respectively, a side view and a cross-sectional view taken along line AA of the embodiment of the multilayer piezoelectric element of the present invention, the bottom is the multilayer body 7. The width of the opening of the groove 12 that has not reached is preferably increased on the edge side of the external electrode 11. According to this, stress concentrated on the edge of the external electrode 11 can be effectively relieved by the groove 12 formed with a large opening width toward the edge. Generation | occurrence | production can be suppressed effectively and durability of the lamination type piezoelectric element 1 can be made high. More preferably, the edge of the opening of the groove 12 whose bottom does not reach the laminate 7 is chamfered like a C surface or an R surface, thereby avoiding stress concentration at the opening edge of the groove 12. Can do.

このように溝12の開口の幅を外部電極11の縁側に向かって大きくなっているものとする場合には、溝12の開口の幅を外部電極11の縁で開口内に圧電体層3が10層以上あるようにすることで応力緩和効果が高くなる。これは、溝12に集中した応力を、溝12の開口部にある圧電体層3が圧力に応じて変形することにより緩和することができるためである。特に、圧電体層3が10層以上あることで、圧電体層3相互の応力を分散することができるため、圧電体層3の1層に応力が集中することを抑止でき、良好に応力を緩和することができるからである。
また、底部が積層体7に達していない溝12は、複数形成されているとともに、隣接する溝12同士の間隔が積層体7の積層方向の端部側(上端部側および下端部側)に向けて大きくなっていることが好ましい。これは、積層型圧電素子1の駆動時の変形の形態が、積層体7の積層方向の端部側では積層方向に伸び縮みするのに対して積層体7の中央部では積層方向に直交する方向にも伸び縮みすることから、溝12を積層方向の中央部に多く配置することによって外部電極11の縁に集中した応力を緩和することができるので、積層体7の駆動による積層体7の変形を大きくするとともに、外部電極11が縁から剥がれることを防止することができ、積層型圧電素子1の耐久性を高めることができる。
When the width of the opening of the groove 12 is increased toward the edge of the external electrode 11 in this way, the width of the opening of the groove 12 is set at the edge of the external electrode 11 in the opening of the piezoelectric layer 3. The stress relaxation effect is enhanced by having 10 layers or more. This is because the stress concentrated in the groove 12 can be relaxed by the piezoelectric layer 3 in the opening of the groove 12 being deformed according to the pressure. In particular, since there are 10 or more piezoelectric layers 3, the stress between the piezoelectric layers 3 can be dispersed, so that stress can be prevented from concentrating on one layer of the piezoelectric layers 3, and the stress can be satisfactorily improved. This is because it can be relaxed.
In addition, a plurality of grooves 12 whose bottom portions do not reach the stacked body 7 are formed, and an interval between adjacent grooves 12 is on the end side in the stacking direction of the stacked body 7 (upper end side and lower end side). It is preferable that it becomes large toward. This is because the deformation mode at the time of driving the multilayer piezoelectric element 1 expands and contracts in the stacking direction on the end side in the stacking direction of the stacked body 7, but is orthogonal to the stacking direction in the central portion of the stacked body 7. Therefore, stress concentrated on the edge of the external electrode 11 can be relieved by disposing a large number of grooves 12 at the central portion in the stacking direction, so that the stack 7 is driven by driving the stack 7. The deformation can be increased and the external electrode 11 can be prevented from peeling off from the edge, and the durability of the multilayer piezoelectric element 1 can be enhanced.

このように溝12を複数形成して隣接する溝12同士の間隔を積層体7の積層方向の端部側に向けて大きくなっているものとする場合には、溝12同士の間隔を、例えば間隔の比率を1:2:4:8というような2のように、あるいは3のように指数関数的に大きくすることで、中央部の溝12を両端部に対して密に配置でき、応力を徐々に緩和することができる。 When the plurality of grooves 12 are thus formed and the distance between adjacent grooves 12 is increased toward the end in the stacking direction of the stacked body 7, the distance between the grooves 12 is, for example, the ratio between the interval 1: 2: 4: 8 as 2 n as that, or 3 n by increasing exponentially as can be densely arranged with respect to both end portions of the grooves 12 of the central portion , The stress can be relaxed gradually.

また、図6(a)および(b)ならびに図7(a)および(b)に、それぞれ本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例の側面図およびA−A線断面図で示すように、底部が積層体7に達していない溝12は、外部電極11の縁からそれに対向する縁にかけて形成されていることが好ましい。図6に示す例では、図3に示す例と同じく外部電極11の上部および下部に一端が外部電極11の縁に達している溝12を対向する縁の対応する位置にそれぞれ形成するとともに、外部電極11の中央に一方の縁から対向する他方の縁にかけて形成された溝12を配置している。また、図7に示す例では、外部電極11の上部および下部にそれぞれ外部電極11の一方の縁から他方の縁にかけて形成された溝12を配置している。これによると、積層型圧電素子1が伸び縮みするのに合わせて一方の縁から他方の縁にかけて形成されている溝12の開口が広がったり狭まったりすることで、外部電極11の縁に集中する応力を効果的に緩和することができるので、外部電極11の縁からの剥離や亀裂を防止することができ、積層型圧電素子1の耐久性を高いものとすることができる。   6 (a) and 6 (b) and FIGS. 7 (a) and 7 (b) are a side view and a cross-sectional view taken along line AA of still another example of the embodiment of the multilayer piezoelectric element of the present invention, respectively. As shown, the groove 12 whose bottom does not reach the laminated body 7 is preferably formed from the edge of the external electrode 11 to the edge facing it. In the example shown in FIG. 6, as in the example shown in FIG. 3, grooves 12 having one end reaching the edge of the external electrode 11 are formed in the upper and lower portions of the external electrode 11 at the corresponding positions of the opposing edges, respectively. A groove 12 formed from one edge to the other opposite edge is disposed in the center of the electrode 11. In the example shown in FIG. 7, grooves 12 formed from one edge of the external electrode 11 to the other edge are arranged above and below the external electrode 11, respectively. According to this, as the stacked piezoelectric element 1 expands and contracts, the opening of the groove 12 formed from one edge to the other edge widens or narrows, thereby concentrating on the edge of the external electrode 11. Since the stress can be effectively relieved, peeling from the edge of the external electrode 11 and cracking can be prevented, and the durability of the multilayer piezoelectric element 1 can be increased.

なお、図6に示す例のように溝12を配置した場合には、最も応力の集中する積層体7の中央部に外部電極11の一方の縁から他方の縁にかけて形成された溝12を形成することで、外部電極11に極めて大きな応力がどの方向からでも加わった場合に、溝12を起点として外部電極11内に亀裂を生じさせて応力を緩和することができる。また、図7に示す例のように溝12を配置した場合には、噴射装置等のように積層型圧電素子1を容器内に収納して使用する場合に、積層体7の上下に容器から加わる応力を溝12によって緩和することにより、積層型圧電素子1の耐久性を高めることができるものとなる。またこの例の場合も、積層体7の両端部側にそれぞれ外部電極11の一方の縁から他方の縁にかけて形成された溝12を形成することで、外部電極11に極めて大きな応力が加わった場合に、溝12を起点として、外部電極11内に亀裂を生じさせて応力を緩和することができる。   When the groove 12 is arranged as in the example shown in FIG. 6, the groove 12 formed from one edge of the external electrode 11 to the other edge is formed in the central portion of the laminate 7 where the stress is most concentrated. Thus, when an extremely large stress is applied to the external electrode 11 from any direction, the stress can be relaxed by causing a crack in the external electrode 11 starting from the groove 12. Further, when the groove 12 is arranged as in the example shown in FIG. 7, when the laminated piezoelectric element 1 is housed in a container and used as in an injection device or the like, the container is placed above and below the laminated body 7. By relieving the applied stress by the groove 12, the durability of the multilayer piezoelectric element 1 can be improved. In the case of this example as well, when extremely large stress is applied to the external electrode 11 by forming the groove 12 formed from one edge of the external electrode 11 to the other edge on the both ends of the laminate 7 respectively. In addition, starting from the groove 12, the external electrode 11 can be cracked to relieve the stress.

以上のいずれの例においても、外部電極11に形成された、底が積層体7に達していない溝12は、内部電極層5と平行に形成されていることが好ましい。この場合は、積層体7に加わる電界と直交する方向に溝12を形成することができるので、積層型圧電素子1が駆動変形する方向と直交する方向に溝12が形成されることになり、外部電極11が積層体7の変形に応じて伸び縮みしやすくなるので、外部電極11に加わる応力を緩和することができる。さらに、内部電極層5が、外部電極11と通電し、かつ異なる極性の内部電極層5同士が短絡するのを防止するために、内部電極層5を圧電体層3の全面にわたって形成するのではなく、異なる極性の外部電極11のうちの一方の外部電極11との絶縁を保つようにその外部電極11との間に絶縁領域を持たせたものとなっている部分電極構造の場合には、異なる極の内部電極層5に挟まれた活性領域とそれ以外の不活性領域とが圧電体層3に形成されるので、溝12を内部電極層5と平行な方向で不活性領域に対応する位置に配置すると、圧電体層3が圧力で伸び縮みする効果を用いて溝12に加わった応力を緩和することができるので、さらに高い耐久性を持った外部電極11とすることができることから、積層型圧電素子1を耐久性の高いものとすることができる。   In any of the above examples, it is preferable that the groove 12 formed in the external electrode 11 and whose bottom does not reach the multilayer body 7 is formed in parallel with the internal electrode layer 5. In this case, since the groove 12 can be formed in a direction orthogonal to the electric field applied to the multilayer body 7, the groove 12 is formed in a direction orthogonal to the direction in which the multilayer piezoelectric element 1 is driven and deformed. Since the external electrode 11 is easily expanded and contracted according to the deformation of the multilayer body 7, the stress applied to the external electrode 11 can be relaxed. Further, in order to prevent the internal electrode layer 5 from energizing the external electrode 11 and short-circuiting the internal electrode layers 5 having different polarities, the internal electrode layer 5 is not formed over the entire surface of the piezoelectric layer 3. In the case of a partial electrode structure in which an insulating region is provided between the external electrode 11 so as to maintain insulation with one external electrode 11 of the external electrodes 11 of different polarities, Since the active region sandwiched between the internal electrode layers 5 of different poles and the other inactive region are formed in the piezoelectric layer 3, the groove 12 corresponds to the inactive region in a direction parallel to the internal electrode layer 5. Since the stress applied to the groove 12 can be relieved by using the effect that the piezoelectric layer 3 expands and contracts due to pressure, the external electrode 11 having higher durability can be obtained. Making the laminated piezoelectric element 1 highly durable It can be.

また、底が積層体7に達していない溝12は、隣接する内部電極層5同士の間に位置していることが好ましい。この場合は、溝12に加わった応力がこの溝12が位置している圧電体層3の変形を誘発し、圧電体層3の圧電効果によって発生した起電力が隣接する内部電極層5に伝わることで、積層型圧電素子1に印加された電圧に補正が加わる効果が発生して駆動電圧が低下するので、積層型圧電素子1に応力緩和効果が発生することとなる。また、溝12に急激な応力が加わったことで積層体7の表面に亀裂や剥がれが生じても、この溝溝12は内部電極層5に至っていないので、内部電極層5間の短絡が生じることがない。   Further, the groove 12 whose bottom does not reach the laminated body 7 is preferably located between the adjacent internal electrode layers 5. In this case, the stress applied to the groove 12 induces deformation of the piezoelectric layer 3 in which the groove 12 is located, and the electromotive force generated by the piezoelectric effect of the piezoelectric layer 3 is transmitted to the adjacent internal electrode layer 5. As a result, an effect of correcting the voltage applied to the multilayer piezoelectric element 1 is generated and the driving voltage is lowered, so that a stress relaxation effect is generated in the multilayer piezoelectric element 1. Further, even if a crack or peeling occurs on the surface of the laminated body 7 due to a sudden stress applied to the groove 12, the groove 12 does not reach the internal electrode layer 5, so that a short circuit occurs between the internal electrode layers 5. There is nothing.

また、図8(a)および(b)に本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例の側面図およびA−A線断面図で示すように、積層体7が、駆動時に積層体7内において内部電極層5よりも優先的に破断することによって積層体7における応力を緩和する予定破断層13を含んでおり、外部電極11の底が積層体7に達していない溝12が予定破断層13の近傍に形成されていると、この溝12の最も奥の部分(外部電極11内に位置している溝12の他端)に応力が集中することを利用して、外部電極11に加わった応力をこの溝12を介して予定破断層13に伝えることができ、予定破断層13を破断させることによって積層体7における応力を緩和することができる。このことにより、積層型圧電素子1を長期間にわたって高い負荷の加わった環境で使用した場合においても、圧電体層3に応力および応力に起因した亀裂を発生させることなく、積層体7の予定破断層13だけに亀裂を効果的に発生させた応力緩和が可能となり、積層型圧電素子1を耐久性の高いものとすることができる。さらに、溝12を設けた位置から予定破断層13に対して破断を開始させることができるので、積層体7に予定破断層13を設けた場合に、どの位置から破断を開始させることができるかまでを設定できるようになり、予定破断層13の配置設計を容易にすることができ、量産性に優れた積層型圧電素子1を得ることができる。特に、予定破断層13の部分に位置するように溝12を形成すると、予定破断層13に応力をより効果的に集中できるので、より好ましいものとなる。   Further, as shown in FIGS. 8A and 8B in a side view and a cross-sectional view taken along line AA of still another example of the embodiment of the multilayer piezoelectric element of the present invention, the multilayer body 7 is driven at the time of driving. A groove 12 in which the bottom of the external electrode 11 does not reach the multilayer body 7 is included, which includes a planned fracture layer 13 that relieves stress in the multilayer body 7 by breaking preferentially in the multilayer body 7 over the internal electrode layer 5. Is formed in the vicinity of the expected fracture layer 13, the stress is concentrated on the innermost part of the groove 12 (the other end of the groove 12 located in the external electrode 11). The stress applied to the electrode 11 can be transmitted to the planned fracture layer 13 through the groove 12, and by breaking the planned fracture layer 13, the stress in the laminate 7 can be relaxed. As a result, even when the multilayer piezoelectric element 1 is used in an environment in which a high load is applied for a long period of time, the piezoelectric body layer 3 is expected to break without causing stress and cracks due to the stress. Stress relaxation in which cracks are effectively generated only in the fault 13 becomes possible, and the multilayer piezoelectric element 1 can be made highly durable. Furthermore, since the fracture can be started with respect to the planned fracture layer 13 from the position where the groove 12 is provided, from where the fracture can be started when the planned fracture layer 13 is provided in the laminate 7 Thus, the layout design of the planned fracture layer 13 can be facilitated, and the multilayer piezoelectric element 1 excellent in mass productivity can be obtained. In particular, it is more preferable to form the groove 12 so as to be located in the portion of the planned fracture layer 13 because stress can be more effectively concentrated on the planned fracture layer 13.

また、図9(a)および(b)に本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例の側面図およびA−A線断面図で示すように、外部電極11に、積層体7の積層方向に交わる方向に、好ましくは積層方向に直交する方向に沿って延びるように外部電極11の厚み方向にわたってスリット(外部電極11の厚み方向にわたり、底が積層体7に達している細隙)14がさらに形成されていることが好ましい。図9に示す例では、外部電極11の中央に一方の縁から対向する他方の縁にかけて形成された溝12を形成し、さらに外部電極11の上部および下部に底が積層体7に達しており、一端が外部電極11の縁に達しているスリット14を対向する縁の対応する位置にそれぞれ形成している。このようなスリット14を形成することによって、外部電極11の積層体7の表面に沿った長さ、すなわち外部電極11の外周に沿った距離(外周に沿った長さ)が増加することとなるので、外部電極11と圧電体層3との熱膨張差による応力を緩和することができる。   In addition, as shown in FIGS. 9A and 9B in a side view and a cross-sectional view taken along the line AA of another embodiment of the multilayer piezoelectric element of the present invention, a laminate is formed on the external electrode 11. 7 across the thickness direction of the external electrode 11 so as to extend in a direction intersecting with the stacking direction of the outer electrode 7, preferably along a direction orthogonal to the stacking direction It is preferable that a gap 14 is further formed. In the example shown in FIG. 9, a groove 12 formed from one edge to the other opposite edge is formed in the center of the external electrode 11, and the bottom reaches the laminate 7 at the top and bottom of the external electrode 11. The slits 14 having one end reaching the edge of the external electrode 11 are respectively formed at positions corresponding to the opposite edges. By forming such a slit 14, the length of the external electrode 11 along the surface of the laminated body 7, that is, the distance along the outer periphery of the external electrode 11 (length along the outer periphery) is increased. Therefore, the stress due to the difference in thermal expansion between the external electrode 11 and the piezoelectric layer 3 can be relaxed.

外部電極11にスリット14をさらに形成する場合には、特に、図10(a)および(b)に本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例の側面図およびA−A線断面図で示すように、スリット14を積層体7が含んでいる予定破断層13の近傍に形成すると、スリット14の最も奥の部分(外部電極11内に位置しているスリット14の他端)に応力が集中することを利用して、外部電極11に加わった応力をこのスリット14を介して予定破断層13に伝えることができ、予定破断層13を破断させることによって積層体7における応力を緩和することができる。このことにより、積層型圧電素子1を長期間にわたって高い負荷の加わった環境で使用した場合においても、圧電体層3に応力および応力に起因した亀裂を発生させることなく、積層体7の予定破断層13だけに亀裂を効果的に発生させた応力緩和が可能となり、積層型圧電素子1を耐久性の高いものとすることができる。さらに、スリット14を設けた位置から予定破断層13に対して破断を開始させることができるので、積層体7に予定破断層13を設けた場合に、どの位置から破断を開始させることができるかまでを設定できるようになり、予定破断層13の配置設計を容易にすることができ、量産性に優れた積層型圧電素子1を得ることができる。特に、予定破断層13の部分に位置するようにスリット14を形成すると、予定破断層13に応力をより効果的に集中できるので、より好ましいものとなる。   In the case where the slits 14 are further formed in the external electrode 11, in particular, FIGS. 10 (a) and 10 (b) are side views and AA lines of still another example of the embodiment of the laminated piezoelectric element of the present invention. As shown in the sectional view, when the slit 14 is formed in the vicinity of the planned fracture layer 13 included in the laminate 7, the innermost part of the slit 14 (the other end of the slit 14 positioned in the external electrode 11) The stress applied to the external electrode 11 can be transmitted to the planned fracture layer 13 through the slit 14 by utilizing the fact that the stress is concentrated on the layer 7. Can be relaxed. As a result, even when the multilayer piezoelectric element 1 is used in an environment in which a high load is applied for a long period of time, the piezoelectric body layer 3 is expected to break without causing stress and cracks due to the stress. Stress relaxation in which cracks are effectively generated only in the fault 13 becomes possible, and the multilayer piezoelectric element 1 can be made highly durable. Furthermore, since the fracture can be started with respect to the planned fracture layer 13 from the position where the slit 14 is provided, when the planned fracture layer 13 is provided in the laminated body 7, from which position the fracture can be started Thus, the layout design of the planned fracture layer 13 can be facilitated, and the multilayer piezoelectric element 1 excellent in mass productivity can be obtained. In particular, it is more preferable to form the slit 14 so as to be located in the portion of the planned fracture layer 13 because stress can be more effectively concentrated on the planned fracture layer 13.

このようなスリット14は、積層型圧電素子1が駆動する際の積層体7の伸び縮みに応じて外部電極11が変形しやすいように設定すると外部電極11の応力を効果的に緩和できるとともに、スリット14の最も奥の部分に応力を集中できるので、スリット14の近傍に予定破断層13を配置することによって予定破断層13を効果的に破断させることができる。なお、スリット14は、外部電極11の長手方向に対して直交する方向、すなわち圧電体層3および内部電極層5に沿った方向に設けることが好ましい。特に、積層型圧電素子1の伸び縮み方向である積層体7の積層方向に対して直交する方向に沿って、すなわち圧電体層3および内部電極層5と平行に形成されていることが好ましい。   When the slit 14 is set so that the external electrode 11 is easily deformed according to the expansion and contraction of the multilayer body 7 when the multilayer piezoelectric element 1 is driven, the stress of the external electrode 11 can be effectively relieved, Since stress can be concentrated on the innermost part of the slit 14, the planned fracture layer 13 can be effectively broken by disposing the planned fracture layer 13 in the vicinity of the slit 14. The slit 14 is preferably provided in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the external electrode 11, that is, in a direction along the piezoelectric layer 3 and the internal electrode layer 5. In particular, it is preferably formed along the direction orthogonal to the stacking direction of the stacked body 7, which is the expansion / contraction direction of the stacked piezoelectric element 1, that is, parallel to the piezoelectric layer 3 and the internal electrode layer 5.

このようなスリット14の幅は、そのスリット14の中に圧電体層3が10層以上あるように設定することで、応力緩和効果が高くなる。これは、スリット14に集中した応力をスリット14の中にある圧電体層3が圧力に応じて変形することにより応力を緩和することができるからである。特に、スリット14の中に圧電体層3が10層以上あることで、圧電体層3相互の応力を分散することができるため、圧電体層3の1層に応力が集中することを抑止でき、良好に応力を緩和することができるからである。スリット14の長さは、外部電極11の幅の半分以下にすることが、スリット14の端を起点とした外部電極11の破断を防止することができる点で好ましい。   The width of the slit 14 is set so that there are ten or more piezoelectric layers 3 in the slit 14, thereby increasing the stress relaxation effect. This is because the stress concentrated in the slit 14 can be relieved by the piezoelectric layer 3 in the slit 14 being deformed according to the pressure. In particular, since there are ten or more piezoelectric layers 3 in the slit 14, the stress between the piezoelectric layers 3 can be dispersed, so that stress can be prevented from concentrating on one layer of the piezoelectric layer 3. This is because the stress can be relieved well. The length of the slit 14 is preferably less than half the width of the external electrode 11 in terms of preventing breakage of the external electrode 11 starting from the end of the slit 14.

次に、本発明の積層型圧電素子1の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element 1 of the present invention will be described.

まず、圧電体層3となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系あるいはブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してスラリーを作製する。そして、このスラリーに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を用いることにより、セラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、PbZrO−PbTiO等からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、DBP(フタル酸ジブチル),DOP(フタル酸ジオクチル)等を用いることができる。 First, a ceramic green sheet to be the piezoelectric layer 3 is produced. Specifically, a calcined powder of piezoelectric ceramic, a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral, and a plasticizer are mixed to prepare a slurry. And a ceramic green sheet is produced by using tape molding methods, such as a doctor blade method and a calender roll method, for this slurry. The piezoelectric ceramic may be any piezoelectric ceramic, and for example, a perovskite oxide made of PbZrO 3 —PbTiO 3 or the like can be used. As the plasticizer, DBP (dibutyl phthalate), DOP (dioctyl phthalate), or the like can be used.

次に、内部電極層5となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム等の金属粉末にバインダーおよび可塑剤等を添加混合することで、導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷法を用いて所定のパターンに印刷する。さらに、この導電性ペーストがスクリーン印刷されたセラミックグリーンシートを複数積層する。そして、後述するように焼成することで、交互に積層された圧電体層3および内部電極層5を備えた積層体7を形成することができる。   Next, a conductive paste to be the internal electrode layer 5 is produced. Specifically, a conductive paste is produced by adding and mixing a binder, a plasticizer, and the like to a metal powder such as silver-palladium. This conductive paste is printed on the ceramic green sheet in a predetermined pattern using a screen printing method. Further, a plurality of ceramic green sheets on which the conductive paste is screen-printed are stacked. And the laminated body 7 provided with the piezoelectric material layer 3 and the internal electrode layer 5 which were laminated | stacked alternately can be formed by baking as mentioned later.

このとき、予定破断層13として、例えば、多数の独立した金属粒子を含む多孔質金属粒子層を形成する場合であれば、導電性ペースト中にカーボン粉末を含有させて、焼成中にそのカーボン粉末を消失させたり、導電性ペーストの印刷時にドットパターンとなるようにパターン印刷したり、導電性ペーストを印刷乾燥した後にドライアイスブラストを行なって印刷面を荒らしたりする方法がある。また、予定破断層13として、多数の独立した金属粒子を含む多孔質金属粒子層を量産して形成する場合であれば、予定破断層13となる多孔質金属粒子層の導電性ペーストとその他の内部電極層5の導電性ペーストとの金属成分比率を変えて、焼成中に濃度差を利用して、予定破断層13から、圧電体層3を介して隣接している内部電極層5へ金属を拡散させることによって多孔質とすることができる。この方法は、量産性に優れている点で好ましい。特に、主に銀−パラジウムからなる導電性ペーストを用いて、予定破断層13となる層の銀濃度をその他の内部電極層5の銀濃度よりも高くすると、焼成時に銀が液相を形成するとともに圧電体層3の圧電体粒子間を容易に移動することができるので、極めて均一な多孔質金属粒子層からなる予定破断層13が形成できる。   At this time, for example, when forming a porous metal particle layer including a large number of independent metal particles as the expected fracture layer 13, carbon powder is included in the conductive paste, and the carbon powder is baked during firing. There is a method of eliminating the ink, pattern printing so as to form a dot pattern when the conductive paste is printed, or performing dry ice blasting after the conductive paste is printed and dried to roughen the printed surface. In addition, if the porous metal particle layer containing a large number of independent metal particles is formed as the planned fracture layer 13, the conductive paste of the porous metal particle layer to be the planned fracture layer 13 and other By changing the metal component ratio of the internal electrode layer 5 to the conductive paste and utilizing the difference in concentration during firing, the metal is transferred from the expected fracture layer 13 to the adjacent internal electrode layer 5 via the piezoelectric layer 3. It can be made porous by diffusing. This method is preferable in terms of excellent mass productivity. In particular, when a conductive paste mainly made of silver-palladium is used and the silver concentration of the layer to be the expected fracture layer 13 is made higher than the silver concentration of the other internal electrode layers 5, the silver forms a liquid phase during firing. At the same time, since it can easily move between the piezoelectric particles of the piezoelectric layer 3, it is possible to form the expected fracture layer 13 made of a very uniform porous metal particle layer.

その後、積層型圧電素子1の積層体7の外表面に、端部が露出している内部電極層5との導通が得られるように外部電極11を形成する。この外部電極11は、銀粉末および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、これを積層体7の側面に印刷して、乾燥接着する、あるいは焼き付けることによって得ることができる。   After that, the external electrode 11 is formed on the outer surface of the multilayer body 7 of the multilayer piezoelectric element 1 so as to obtain conduction with the internal electrode layer 5 whose end is exposed. The external electrode 11 can be obtained by adding a binder to silver powder and glass powder to produce a silver glass conductive paste, printing this on the side surface of the laminate 7, drying adhesion, or baking.

外部電極11に底が積層体7に達していない溝12を設けるには、銀ガラス導電性ペーストを印刷する際に複数層パターン印刷して形成する方法が最も量産的である。まず外部電極11として最深層11Aをパターン印刷して乾燥した後に、外部電極11のパターン自体に溝12の形状も加えたパターンを用いて、スクリーン印刷によって最深層11A上に、この最深層11Aと溝12の形状にパターンをくりぬいた表面側に位置する層11Bとの間に位置する層11Cと、同じく溝12の形状にパターンをくりぬいた表面側に位置する層11Bとを順に印刷して積層した。このとき、積層する上部層(層11Cおよび層11B)のパターンにおける溝12の開口幅を大きくして印刷することで、溝12の底面の幅よりも開口の幅の方を大きくすることができる。   In order to provide the groove 12 whose bottom does not reach the laminated body 7 in the external electrode 11, a method of printing by forming a multi-layer pattern when printing a silver glass conductive paste is most mass-produced. First, after printing the deepest layer 11A as the external electrode 11 and drying it, the pattern of the external electrode 11 plus the shape of the groove 12 is used to screen the deepest layer 11A on the deepest layer 11A by screen printing. A layer 11C positioned between the surface 11B located on the surface side of the groove 12 and the pattern 11 in the shape of the groove 12 and a layer 11B positioned in the shape of the groove 12 on the surface side 11 did. At this time, the width of the opening can be made larger than the width of the bottom surface of the groove 12 by printing with the opening width of the groove 12 being increased in the pattern of the upper layer (layer 11C and layer 11B) to be laminated. .

なお、このように外部電極11を積層構造の順に印刷し積層して形成する方法の他には、印刷法や蒸着法等によって外部電極11を形成した後に底が積層体7に達していない溝12のパターンにエッチングする方法、同様に外部電極11を形成した後に底が積層体7に達していない溝12の形状のパターンを設けたメタルマスクを載せて、サンドブラストやドライアイスブラストを行なう方法、あるいは、同様に外部電極11を形成した後にダイヤモンドディスク等の切削手段を用いて底が積層体7に達していない溝12のパターンに切削加工する方法等がある。   In addition to the method of forming the external electrode 11 by printing and laminating in the order of the laminated structure as described above, a groove whose bottom does not reach the laminated body 7 after the external electrode 11 is formed by a printing method, a vapor deposition method, or the like. A method of etching into a pattern of 12, similarly, a method of carrying out sand blasting or dry ice blasting by placing a metal mask provided with a pattern of the shape of the groove 12 whose bottom does not reach the laminated body 7 after forming the external electrode 11; Alternatively, similarly, after forming the external electrode 11, there is a method of cutting into a pattern of the groove 12 whose bottom does not reach the laminated body 7 using a cutting means such as a diamond disk.

次に、金属の線材からなるリード線や、金属メッシュあるいはメッシュ状の金属板等からなる導電部材を、外部電極11の表面に半田や導電性接着剤等の結合材を用いて接合し接続固定する。ここで、導電部材の材質は、銀,ニッケル,銅,リン青銅,鉄,ステンレス等の金属や合金が好ましい。また、導電部材の表面には、銀やニッケル等のメッキが施されていてもよい。   Next, a lead wire made of a metal wire, a conductive member made of a metal mesh or a mesh-like metal plate, etc. are joined and fixed to the surface of the external electrode 11 using a bonding material such as solder or conductive adhesive. To do. Here, the material of the conductive member is preferably a metal or alloy such as silver, nickel, copper, phosphor bronze, iron, and stainless steel. The surface of the conductive member may be plated with silver or nickel.

なお、導電部材は、外部電極11の積層方向の全てにわたって接合されていてもよいし、外部電極11の一部分に接合されていても構わない。   It should be noted that the conductive member may be joined over the entire lamination direction of the external electrodes 11 or may be joined to a part of the external electrodes 11.

次に、シリコーンゴムからなる外装樹脂を含む樹脂溶液に、外部電極11を形成した積層体7を浸漬する。そして、シリコーン樹脂溶液を真空脱気することにより、積層体7の外周側面の凹凸部にシリコーン樹脂を密着させ、その後、シリコーン樹脂溶液から積層体7を引き上げる。これにより、溝12を有する外部電極11を形成した積層体7の側面にシリコーン樹脂がコーティングされる。   Next, the laminate 7 on which the external electrode 11 is formed is immersed in a resin solution containing an exterior resin made of silicone rubber. Then, the silicone resin solution is vacuum degassed to bring the silicone resin into close contact with the concavo-convex portions on the outer peripheral side surface of the laminate 7, and then the laminate 7 is pulled up from the silicone resin solution. Thereby, the silicone resin is coated on the side surface of the laminated body 7 on which the external electrode 11 having the groove 12 is formed.

その後、外部電極11に接続した導電部材を介して一対の外部電極11から内部電極層5によって圧電体層3に0.1〜3kV/mmの直流電圧を印加し、積層体7の圧電体層3を分極することによって、本例の積層型圧電素子1が完成する。そして、導電部材を外部の電圧供給部に接続し、導電部材および外部電極11を介して内部電極層5によって圧電体層3に電圧を印加することにより、各圧電体層3を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。これにより、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機構として機能させることが可能となる。   Thereafter, a direct current voltage of 0.1 to 3 kV / mm is applied from the pair of external electrodes 11 to the piezoelectric layer 3 through the conductive member connected to the external electrode 11 by the internal electrode layer 5. By polarizing, the laminated piezoelectric element 1 of this example is completed. Then, the conductive member is connected to an external voltage supply unit, and a voltage is applied to the piezoelectric layer 3 by the internal electrode layer 5 via the conductive member and the external electrode 11, whereby each piezoelectric layer 3 is subjected to the inverse piezoelectric effect. It can be displaced greatly. Thereby, for example, it is possible to function as an automobile fuel injection valve mechanism for injecting and supplying fuel to the engine.

次に、本発明の噴射装置としての流体の噴射装置の実施の形態の一例について説明する。図11は、本発明の噴射装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。   Next, an example of an embodiment of a fluid ejection device as the ejection device of the present invention will be described. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of an injection device of the present invention.

図11に示すように、本例の噴射装置21は、一端に噴射孔23を有する容器25の内部に上記の実施の形態の例に代表される本発明の積層型圧電素子1が収納されている。   As shown in FIG. 11, in the injection device 21 of this example, the multilayer piezoelectric element 1 of the present invention represented by the example of the above embodiment is housed in a container 25 having an injection hole 23 at one end. Yes.

容器25内には、噴射孔23を開閉することができるニードルバルブ27が配設されている。噴射孔23には流体通路29がニードルバルブ27の動きに応じて連通可能になるように配設されている。この流体通路29は、外部の流体供給源に連結され、常時高圧で流体である例えば液体が供給されている。従って、積層型圧電素子1の駆動によってニードルバルブ27が噴射孔23を開放すると、流体通路29に供給されていた流体が、噴射孔23の外部または噴射孔23に隣接する容器、例えば内燃機関の燃料室(不図示)に、噴射孔23から吐出され噴射されるように構成されている。   A needle valve 27 that can open and close the injection hole 23 is disposed in the container 25. A fluid passage 29 is arranged in the injection hole 23 so that it can communicate with the movement of the needle valve 27. The fluid passage 29 is connected to an external fluid supply source, and is constantly supplied with, for example, a liquid that is a fluid at a high pressure. Therefore, when the needle valve 27 opens the injection hole 23 by driving the multilayer piezoelectric element 1, the fluid supplied to the fluid passage 29 is transferred to the outside of the injection hole 23 or a container adjacent to the injection hole 23, for example, an internal combustion engine. The fuel chamber (not shown) is configured to be discharged from the injection hole 23 and injected.

また、ニードルバルブ27の上端部は内径が大きくなっており、その部分に容器25に形成されたシリンダ31と摺動可能なピストン33が配置されている。そして、容器25内には、本発明の積層型圧電素子1が収納されている。   The upper end of the needle valve 27 has a large inner diameter, and a cylinder 31 formed in the container 25 and a slidable piston 33 are disposed in that portion. In the container 25, the multilayer piezoelectric element 1 of the present invention is accommodated.

このような噴射装置21では、圧電アクチュエータとして機能する積層型圧電素子1が電圧を印加されて伸長すると、ピストン33が押圧され、ニードルバルブ27が噴射孔23を閉塞し、流体の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると積層型圧電素子1が収縮し、皿バネ35がピストン33を押し返すことによって流体通路29が開放され、噴射孔23が流体通路29と連通して、噴射孔23から流体の噴射が行なわれるようになっている。   In such an injection device 21, when the multilayer piezoelectric element 1 functioning as a piezoelectric actuator is applied with a voltage and extended, the piston 33 is pressed, the needle valve 27 closes the injection hole 23, and the supply of fluid is stopped. The When the application of voltage is stopped, the laminated piezoelectric element 1 contracts, the disc spring 35 pushes back the piston 33, the fluid passage 29 is opened, the injection hole 23 communicates with the fluid passage 29, and the injection hole The fluid is ejected from 23.

なお、流体噴射の動作としては、積層型圧電素子1に電圧を印加することによって流体通路29を開放して噴射孔23から流体を吐出し、電圧の印加を停止することによって流体通路29を閉鎖して流体の吐出を停止するように構成してもよい。   The fluid ejection operation is to apply a voltage to the multilayer piezoelectric element 1 to open the fluid passage 29 and discharge the fluid from the ejection hole 23, and to stop applying the voltage to close the fluid passage 29. Thus, the discharge of the fluid may be stopped.

また、本発明の噴射装置21は、噴射孔23を有する容器25と、本発明の積層型圧電素子1とを備え、容器25内に充填された流体を積層型圧電素子1の駆動により噴射孔23から吐出させるように構成されていてもよい。すなわち、積層型圧電素子1は必ずしも容器25の内部にある必要はなく、積層型圧電素子1の駆動によって容器25の内部に噴射孔23への流体の供給および停止を行なうための圧力が加わるように構成されていればよい。また、液体を始めとする流体は、流体通路29を通して噴射孔23に供給されるだけでなく、容器25内の適当な箇所に流体を一時的に溜めておく部分を設けて、容器25内に充填された流体を噴射孔23から吐出させてもよい。   The injection device 21 of the present invention includes a container 25 having an injection hole 23 and the multilayer piezoelectric element 1 of the present invention, and the fluid filled in the container 25 is ejected by driving the multilayer piezoelectric element 1. It may be configured to discharge from 23. That is, the multilayer piezoelectric element 1 does not necessarily have to be inside the container 25, and the pressure for supplying and stopping the fluid to the injection hole 23 is applied to the inside of the container 25 by driving the multilayer piezoelectric element 1. It suffices to be configured. In addition, the fluid including the liquid is not only supplied to the injection hole 23 through the fluid passage 29, but also provided in the container 25 with a portion for temporarily storing the fluid in an appropriate place in the container 25. The filled fluid may be discharged from the injection hole 23.

なお、本発明において、流体とは、燃料あるいはインク等の液体の他、種々の液状体(導電性ペースト等)および気体が含まれる。これら流体に対して本発明の噴射装置21を用いることによって、流体の流量および噴射タイミングを長期にわたって安定して制御することができる。   In the present invention, the fluid includes various liquid materials (such as conductive paste) and gas, as well as liquid such as fuel or ink. By using the ejection device 21 of the present invention for these fluids, the fluid flow rate and ejection timing can be stably controlled over a long period of time.

本発明の積層型圧電素子1を採用した本発明の噴射装置21を内燃機関に用いれば、従来の噴射装置に比べて、エンジン等の内燃機関の燃焼室に燃料をより長期間にわたって精度よく噴射させることができる。   When the injection device 21 of the present invention that employs the multilayer piezoelectric element 1 of the present invention is used in an internal combustion engine, fuel can be injected into a combustion chamber of an internal combustion engine such as an engine more accurately over a longer period than a conventional injection device. Can be made.

次に、本発明の燃料噴射システムの実施の形態の例について説明する。図12は、本発明の燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略図である。   Next, the example of embodiment of the fuel-injection system of this invention is demonstrated. FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of a fuel injection system of the present invention.

図12に示すように、本例の燃料噴射システム41は、高圧燃料を蓄えるコモンレール43と、このコモンレール43に蓄えられた高圧燃料を噴射する複数の本発明の噴射装置21と、コモンレール43に高圧燃料を供給する圧力ポンプ45と、噴射装置21に駆動信号を与える噴射制御ユニット47とを備えている。   As shown in FIG. 12, the fuel injection system 41 of this example includes a common rail 43 that stores high-pressure fuel, a plurality of injection devices 21 of the present invention that inject the high-pressure fuel stored in the common rail 43, and a high pressure on the common rail 43. A pressure pump 45 for supplying fuel and an injection control unit 47 for supplying a drive signal to the injection device 21 are provided.

噴射制御ユニット47は、外部情報または外部からの信号に基づいて高圧燃料の噴射の量やタイミングを制御する。例えば、エンジンの燃料噴射に用いる噴射制御ユニット47の場合には、エンジンの燃焼室内の状況をセンサ等で感知しながら燃料噴射の量やタイミングを制御することができる。   The injection control unit 47 controls the amount and timing of high-pressure fuel injection based on external information or an external signal. For example, in the case of the injection control unit 47 used for fuel injection of the engine, the amount and timing of fuel injection can be controlled while sensing the condition in the combustion chamber of the engine with a sensor or the like.

圧力ポンプ45は、流体タンク49から流体燃料を高圧でコモンレール43に供給する役割を果たす。例えばエンジンの燃料噴射システム41の場合には、1000〜2000気圧程度、好ましくは1500〜1700気圧程度の高圧にしてコモンレール43に流体燃料を送り込む。   The pressure pump 45 serves to supply fluid fuel from the fluid tank 49 to the common rail 43 at a high pressure. For example, in the case of an engine fuel injection system 41, fluid fuel is fed into the common rail 43 at a high pressure of about 1000 to 2000 atmospheres, preferably about 1500 to 1700 atmospheres.

コモンレール43では、圧力ポンプ45から送られてきた高圧燃料を蓄え、積層型圧電素子1の駆動に応じて噴射装置21に適宜送り込む。噴射装置21は、前述したように噴射孔23から所定量の流体である高圧燃料を噴射孔23の外部または噴射孔23に隣接する容器に高圧で吐出(噴射)する。例えば、燃料を噴射供給する対象がエンジンの場合には、流体である高圧燃料を噴射孔23からエンジンの燃焼室内に霧状に噴射する。   In the common rail 43, the high-pressure fuel sent from the pressure pump 45 is stored and appropriately sent to the injection device 21 in accordance with the driving of the multilayer piezoelectric element 1. As described above, the injection device 21 discharges (injects) high-pressure fuel, which is a predetermined amount of fluid, from the injection hole 23 to the outside of the injection hole 23 or a container adjacent to the injection hole 23 at high pressure. For example, when the target for injecting and supplying fuel is an engine, high-pressure fuel, which is a fluid, is injected from the injection hole 23 into the combustion chamber of the engine in a mist form.

なお、本発明は、上記の実施の形態の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なうことは何ら差し支えない。また、本発明は、積層型圧電素子および噴射装置ならびに燃料噴射システムに関するものであるが、上記の実施の形態の例に限定されるものでなく、例えば、インクジェットプリンタの印字装置、あるいは圧力センサ等に用いるものであっても、圧電特性を利用した積層型の圧電素子であれば、同様の構成で実施可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. In addition, the present invention relates to a multilayer piezoelectric element, an injection device, and a fuel injection system, but is not limited to the above-described embodiment, for example, a printing device of an ink jet printer, a pressure sensor, or the like Even if it is what is used for, if it is a laminated type piezoelectric element using a piezoelectric characteristic, it can implement by the same structure.

本発明の積層型圧電素子の例を以下のようにして作製した。   An example of the multilayer piezoelectric element of the present invention was produced as follows.

まず、平均粒径が0.4μmのチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)粉末を主成分とする原料粉末にバインダーおよ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が150μmのセラミックグリーンシートを作製した。   First, a slurry is prepared by mixing a binder powder and a plasticizer with a raw material powder mainly composed of lead zirconate titanate (PZT) powder having an average particle diameter of 0.4 μm, and a ceramic green sheet having a thickness of 150 μm is prepared by a doctor blade method. Produced.

次に、Ag95質量%−Pd5質量%の金属組成である銀−パラジウム合金粉末を含有する原料粉末にバインダーを加えた導電性ペーストAと、Ag100質量%の金属組成である銀粉末を含有する原料粉末にバインダーを加えた導電性ペーストBとを作製した。   Next, a conductive paste A obtained by adding a binder to a raw material powder containing silver-palladium alloy powder having a metal composition of Ag 95 mass% -Pd 5 mass%, and a raw material containing silver powder having a metal composition of Ag 100 mass% A conductive paste B was prepared by adding a binder to the powder.

そして、セラミックグリーンシートの片面に、導電性ペーストAをスクリーン印刷法により30μmの厚みになるように内部電極層5のパターンで印刷した。そして、導電性ペーストAが印刷された各セラミックグリーンシートを積層して生積層体を作製した。なお、積層数としては、内部電極層5の数が300となるように積層し、生積層体の積層方向の両端部には、導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシートのみをそれぞれ20枚積層し、試料番号1〜3、6とした。   Then, the conductive paste A was printed on one side of the ceramic green sheet with a pattern of the internal electrode layer 5 so as to have a thickness of 30 μm by screen printing. And each green ceramic sheet on which conductive paste A was printed was laminated to produce a green laminate. As for the number of laminated layers, the number of internal electrode layers 5 is laminated to be 300, and only 20 ceramic green sheets on which no conductive paste is printed are provided at both ends in the lamination direction of the green laminate. It laminated | stacked and it was set as the sample numbers 1-3.

次に、予定破断層13として、孤立した金属粒子からなる低剛性金属層を設けるために、試料番号4においては、積層方向の50番目および250番目に位置する内部電極層5を導電性ペーストBを用いて印刷した。同様に、試料番号5においては、積層方向の50番目,100番目,150番目,200番目および250番目に位置する内部電極層5を導電性ペーストBを用いて印刷した。   Next, in order to provide a low-rigidity metal layer made of isolated metal particles as the expected fracture layer 13, in the sample number 4, the internal electrode layer 5 located at the 50th and 250th positions in the stacking direction is used as the conductive paste B. Was used for printing. Similarly, in Sample No. 5, the internal electrode layers 5 positioned at the 50th, 100th, 150th, 200th and 250th in the stacking direction were printed using the conductive paste B.

次に、それぞれの試料番号の生積層体に所定の温度で脱バインダー処理を施した後、800〜1000℃で焼成して、積層体7を得た。ここで、試料番号4,5では、導電性ペーストBを用いた層の電極成分の銀が焼成中に隣接する銀濃度の低い金属層に拡散するために、導電性ペーストBを用いた層に、孤立した金属粒子からなる低剛性金属層である予定破断層13が形成された。   Next, the raw laminate of each sample number was subjected to binder removal treatment at a predetermined temperature, and then fired at 800 to 1000 ° C. to obtain a laminate 7. Here, in Sample Nos. 4 and 5, since the silver of the electrode component of the layer using the conductive paste B diffuses into the adjacent metal layer having a low silver concentration during firing, the layer using the conductive paste B As a result, the expected fracture layer 13, which is a low-rigidity metal layer made of isolated metal particles, was formed.

そして、各々の試料番号の積層体7に、所望の寸法に加工した上で、表1に示すように図3,図4,図7および図8に示す例のように底が積層体7に達していない溝12が形成できるように、外部電極11をそれぞれ形成した。ここで、まず銀を主成分とする金属粉末にバインダー,可塑剤,ガラス粉末等を添加混合して、導電性ペーストCを作製した。次に、銀を主成分とする金属粉末にバインダー,可塑剤を添加混合して、導電性ペーストDを作製した。さらに、孤立した金属粒子からなる低剛性金属層の予定破断層13となる外部電極11を形成する目的で、銀を主成分とする金属粉末にバインダー,可塑剤とともに銀と同じ重量となるアクリルビーズを添加混合して、導電性ペーストEを作製した。   And after processing to the laminated body 7 of each sample number to a desired dimension, as shown in Table 1, the bottom becomes the laminated body 7 like the example shown in FIG.3, FIG.4, FIG.7 and FIG. The external electrodes 11 were formed so that the grooves 12 that did not reach could be formed. Here, first, a conductive paste C was prepared by adding and mixing a binder, a plasticizer, a glass powder and the like to a metal powder containing silver as a main component. Next, a conductive paste D was prepared by adding and mixing a binder and a plasticizer to metal powder containing silver as a main component. Furthermore, for the purpose of forming the external electrode 11 that is the expected fracture layer 13 of the low-rigidity metal layer made of isolated metal particles, acrylic beads that have the same weight as silver together with a binder and a plasticizer in a metal powder mainly composed of silver Were added and mixed to prepare a conductive paste E.

次に、導電性ペーストCを、積層体7の側面の外部電極11を形成する箇所にスクリーン印刷等によってパターン印刷した。乾燥後、試料番号1は、導電性ペーストCを印刷した時と同じ印刷パターンを用い、試料番号2〜5は、底が積層体7に達していない溝12の形状を加えた印刷パターンを用いて、導電性ペーストDを印刷した。試料番号6は、底部が積層体7に達していない溝12の形状を加えた印刷パターンを用いて、導電性ペーストEを印刷乾燥した後、底が積層体7に達していない溝12の形状を加えた印刷パターンを用いて、導電性ペーストDを印刷した。そして、いずれも乾燥した後、600〜800℃で焼成して、外部電極11を形成した。   Next, the conductive paste C was pattern printed by screen printing or the like on the side surface of the laminate 7 where the external electrodes 11 are to be formed. After drying, Sample No. 1 uses the same print pattern as when the conductive paste C was printed, and Sample Nos. 2 to 5 use a print pattern in which the shape of the groove 12 whose bottom does not reach the laminate 7 is added. The conductive paste D was printed. Sample No. 6 shows the shape of the groove 12 whose bottom does not reach the laminate 7 after the conductive paste E is printed and dried using the print pattern to which the shape of the groove 12 whose bottom does not reach the laminate 7 is added. The conductive paste D was printed using the printing pattern to which is added. And after drying all, it baked at 600-800 degreeC and the external electrode 11 was formed.

得られた各試料の外部電極11においては底が積層体7に達していない溝12の形状は底面の幅より開口の幅が約10%大きくなっているものであったが、これは、印刷直後の導電性ペーストのパターンエッジ部が表面張力で丸みを帯びた形状になるため、開口の縁部が面取りされたためである。なお、底が積層体7に達していない溝12の底面の形状は長方形状としたので、溝12の寸法として、長方形状の底面の幅および長さを表1の寸法の欄に幅×長さとして示した。   In the external electrode 11 of each sample obtained, the shape of the groove 12 whose bottom did not reach the laminated body 7 was such that the opening width was about 10% larger than the width of the bottom surface. This is because the pattern edge portion of the conductive paste immediately after is rounded by the surface tension, so that the edge of the opening is chamfered. Since the shape of the bottom surface of the groove 12 whose bottom does not reach the laminated body 7 is a rectangular shape, the width and length of the bottom surface of the rectangular shape are shown in the dimension column of Table 1 as width × length. As shown.

なお、試料番号4,5については、溝12を予定破断層13の位置に設けた。これについては、表1の本数の欄に「予定破断層」と示している。   For sample numbers 4 and 5, the groove 12 was provided at the position of the expected fracture layer 13. This is indicated as “scheduled fracture layer” in the number column of Table 1.

このようにして作製した各試料を用いて駆動評価を行なった。駆動評価としては、高速応答性評価と耐久性評価とを行なった。まず、外部電極11にリード線を接続し、正極および負極の外部電極11からリード線を介して圧電体層3に3kV/mmの直流電圧を15分間印加して分極処理を行ない、積層型圧電素子1を用いた圧電アクチュエータを作製した。得られた圧電アクチュエータに170Vの直流電圧を印加して、初期状態の変位量を測定した。   Driving evaluation was performed using each sample thus produced. As drive evaluation, high-speed response evaluation and durability evaluation were performed. First, a lead wire is connected to the external electrode 11, and a polarization treatment is performed by applying a direct voltage of 3 kV / mm for 15 minutes from the positive and negative external electrodes 11 to the piezoelectric layer 3 via the lead wire. A piezoelectric actuator using the element 1 was produced. A DC voltage of 170 V was applied to the obtained piezoelectric actuator, and the amount of displacement in the initial state was measured.

高速応答性評価としては、各々の圧電アクチュエータに室温で0〜+170Vの電圧の交流電圧を150Hzから徐々に周波数を増加させて印加した。耐久性評価としては、各々の圧電アクチュエータに室温で0〜+170Vの電圧の交流電圧を150Hzの周波数で印加して、1×10回まで連続駆動した試験を行なった。これらの各試料の作製条件を表1に、また試験の結果を表2に示す。 For high-speed response evaluation, an AC voltage of 0 to +170 V at room temperature was applied to each piezoelectric actuator with a frequency gradually increased from 150 Hz. For durability evaluation, an AC voltage of 0 to +170 V was applied to each piezoelectric actuator at a frequency of 150 Hz at room temperature, and a test was continuously performed up to 1 × 10 9 times. The production conditions for each of these samples are shown in Table 1, and the test results are shown in Table 2.

Figure 0005342846
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表1および表2に示すように、外部電極11に底が積層体7に達していない溝12を形成しなかった比較例の試料番号1についてのみ、圧電アクチュエータでは、周波数が1kHzを超えた時にうなり音の発生が認められた。これは、試料番号1の積層型圧電素子では、積層体7が外部電極11に拘束されているために、駆動に伴って内部電極層5間に局部発熱が生じた際に、圧電体層3毎の変位速度に乱れが生じ、印加した交流電圧の周波数に変位が追従できなかったためにうなり音が発生したものと考えられる。   As shown in Tables 1 and 2, only the sample No. 1 of the comparative example in which the groove 12 whose bottom does not reach the laminated body 7 is not formed in the external electrode 11 is obtained when the frequency exceeds 1 kHz in the piezoelectric actuator. Generation of a roaring sound was observed. This is because, in the laminated piezoelectric element of sample number 1, since the laminated body 7 is constrained by the external electrode 11, when local heat is generated between the internal electrode layers 5 with driving, the piezoelectric layer 3 It is considered that a disturbance sound was generated in each displacement speed, and a beat sound was generated because the displacement could not follow the frequency of the applied AC voltage.

なお、駆動周波数を確認するために、横河電機製オシロスコープDL1640Lを用いて試料番号1の駆動信号のパルス波形を確認したところ、駆動周波数の整数倍の周波数に相当する箇所に高調波ノイズが確認された。これについて、表1では高調波成分のノイズ発生の欄に「あり」で示した。   In order to confirm the drive frequency, the pulse waveform of the drive signal of sample number 1 was confirmed using an oscilloscope DL1640L manufactured by Yokogawa Electric Corporation, and harmonic noise was confirmed at a location corresponding to an integer multiple of the drive frequency. It was done. Regarding this, in Table 1, “present” is shown in the column of noise generation of harmonic components.

また、耐久性評価の結果としては、試料番号1では、耐久性評価試験後の変位量(1×10回後の変位量)は5μmとなり、耐久性評価試験前と比較して90%近く({(45−5)/45}×100=88.9(%))低下していた。また、試料番号1の圧電アクチュエータでは、連続駆動後(1×10回)に、外部電極11に剥がれが見られ、また積層体7において積層部分の一部に剥がれが見られた。 As a result of the durability evaluation, in Sample No. 1, the displacement amount after the durability evaluation test (displacement amount after 1 × 10 9 times) is 5 μm, which is nearly 90% compared with that before the durability evaluation test. ({(45-5) / 45} × 100 = 88.9 (%)). Further, in the piezoelectric actuator of sample number 1, peeling was observed on the external electrode 11 after continuous driving (1 × 10 9 times), and peeling was observed on a part of the laminated portion in the laminated body 7.

一方、本発明の実施例である試料番号2〜6の圧電アクチュエータでは、いずれも連続駆動後(1×10回)に、外部電極11の剥がれおよび積層体7における積層部分の剥がれは見られなかった。また、耐久性評価試験後の変位量の低下がいずれも3μm以下であり、耐久性評価試験前と比較して変位量の低下は7%以下({(48−45)/48}×100=6.25(%))に抑えられていた。このように、本発明の実施例である試料番号4〜6の圧電アクチュエータでは、1×10回の連続駆動後も変位量の低下が確認されず、非常に高い耐久性を有していることが分かった。 On the other hand, in the piezoelectric actuators of Sample Nos. 2 to 6 which are the examples of the present invention, peeling of the external electrode 11 and peeling of the laminated portion in the laminated body 7 are observed after continuous driving (1 × 10 9 times) There wasn't. In addition, the decrease in the displacement after the durability evaluation test is 3 μm or less, and the decrease in the displacement is 7% or less ({(48−45) / 48} × 100 = 6.25 (%)). As described above, the piezoelectric actuators of sample numbers 4 to 6 which are the embodiments of the present invention have very high durability because no decrease in the displacement amount is confirmed even after continuous driving of 1 × 10 9 times. I understood that.

なお、耐久性評価試験後に、試料番号4,5の積層型圧電素子では、予定破断層13に亀裂が生じていた。亀裂の位置は底が積層体7に達していない溝12を設けた部分であることが確認できたので、予定破断層13が溝12を用いることによって優先的に破断し、積層体7における応力を緩和したことを確認できた。   In addition, after the durability evaluation test, in the laminated piezoelectric elements of sample numbers 4 and 5, the planned fracture layer 13 was cracked. Since it was confirmed that the position of the crack was a portion where the groove 12 where the bottom did not reach the laminated body 7 was provided, the expected fracture layer 13 was preferentially broken by using the groove 12, and the stress in the laminated body 7 was Was confirmed.

また、試料番号6の積層型圧電素子は、外部電極11の層11Cが孤立した金属粒子からなる低剛性金属層で形成されており、耐久性評価試験後に、この低剛性金属層である外部電極11の層11Cに亀裂が生じていた。この亀裂の位置は溝12を設けた部分を起点に外部電極11の層11C内のみであることが確認できたので、溝12を用いることによって低剛性金属層で形成した外部電極11の層11Cが優先的に破断し、積層体7における応力を緩和したことを確認できた。   In the laminated piezoelectric element of sample number 6, the layer 11C of the external electrode 11 is formed of a low-rigidity metal layer made of isolated metal particles. After the durability evaluation test, the external electrode that is the low-rigidity metal layer The 11 layer 11C had cracks. Since it was confirmed that the position of the crack was only in the layer 11C of the external electrode 11 starting from the portion where the groove 12 was provided, the layer 11C of the external electrode 11 formed of a low-rigidity metal layer by using the groove 12 was confirmed. Was preferentially broken, and it was confirmed that the stress in the laminate 7 was relaxed.

本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention. (a)は本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す側面図であり、(b)はそのA−A線断面図である。(A) is a side view which shows the other example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention, (b) is the AA sectional view taken on the line. (a)は本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例を示す側面図であり、(b)はそのA−A線断面図である。(A) is a side view which shows the further another example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention, (b) is the AA sectional view taken on the line. (a)は本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例を示す側面図であり、(b)はそのA−A線断面図である。(A) is a side view which shows the further another example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention, (b) is the AA sectional view taken on the line. (a)は本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例を示す側面図であり、(b)はそのA−A線断面図である。(A) is a side view which shows the further another example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention, (b) is the AA sectional view taken on the line. (a)は本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例を示す側面図であり、(b)はそのA−A線断面図である。(A) is a side view which shows the further another example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention, (b) is the AA sectional view taken on the line. (a)は本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例を示す側面図であり、(b)はそのA−A線断面図である。(A) is a side view which shows the further another example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention, (b) is the AA sectional view taken on the line. (a)は本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例を示す側面図であり、(b)はそのA−A線断面図である。(A) is a side view which shows the further another example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention, (b) is the AA sectional view taken on the line. (a)は本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例を示す側面図であり、(b)はそのA−A線断面図である。(A) is a side view which shows the further another example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention, (b) is the AA sectional view taken on the line. (a)は本発明の積層型圧電素子の実施の形態のさらに他の例を示す側面図であり、(b)はそのA−A線断面図である。(A) is a side view which shows the further another example of embodiment of the lamination type piezoelectric element of this invention, (b) is the AA sectional view taken on the line. 本発明の噴射装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of embodiment of the injection apparatus of this invention. 本発明の燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of embodiment of the fuel-injection system of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・積層型圧電素子
3・・・圧電体層
5・・・内部電極層
7・・・積層体
11・・・外部電極
11A・・・最深層(積層体側に位置する層)
11B・・・表面側に位置する層
11C・・・最深層と表面側に位置する層との間に位置する層
12・・・溝
13・・・予定破断層
14・・・スリット
21・・・噴射装置
23・・・噴射孔
25・・・容器
27・・・ニードルバルブ
29・・・流体通路
31・・・シリンダ
33・・・ピストン
35・・・皿バネ
41・・・燃料噴射システム
43・・・コモンレール
45・・・圧力ポンプ
47・・・噴射制御ユニット
49・・・燃料タンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated piezoelectric element 3 ... Piezoelectric layer 5 ... Internal electrode layer 7 ... Laminated body
11 ... External electrode
11A: Deepest layer (layer located on the laminate side)
11B: Layer located on the surface side
11C: Layer located between the deepest layer and the layer located on the surface side
12 ... Groove
13 ... Scheduled fracture layer
14 ... Slit
21 ... Injection device
23 ・ ・ ・ Injection hole
25 ・ ・ ・ Container
27 ... Needle valve
29 ・ ・ ・ Fluid passage
31 ... Cylinder
33 ... Piston
35 ... Belleville spring
41 ... Fuel injection system
43 ... Common rail
45 ... Pressure pump
47 ・ ・ ・ Injection control unit
49 ... Fuel tank

Claims (11)

圧電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体の側面に、前記内部電極層に電気的に接続された外部電極を備えた積層型圧電素子であって、前記外部電極に、底が前記積層体に達していない複数の溝が前記積層体の積層方向に形成されており、隣接する前記溝同士の間隔が前記積層体の積層方向の端部側に向けて大きくなっていることを特徴とする積層型圧電体素子。 A laminated piezoelectric element comprising an external electrode electrically connected to the internal electrode layer on a side surface of a laminate in which piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately laminated, wherein the external electrode has a bottom There are a plurality of grooves not reaching the laminate is formed in the stacking direction of the laminate, the interval of the grooves adjacent to each other are increased toward the end of the stacking direction of the laminate A laminated piezoelectric element characterized by the above. 前記外部電極は、複数層が積層された積層構造を有しており、前記溝が、前記外部電極の最も前記積層体側に位置する最深層よりも表面側の層に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の積層型圧電素子。   The external electrode has a stacked structure in which a plurality of layers are stacked, and the groove is formed in a layer on the surface side of the deepest layer positioned on the stacked body side of the external electrode. The multilayer piezoelectric element according to claim 1. 前記溝は、一端が前記外部電極の縁に達していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層型圧電素子。   3. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein one end of the groove reaches an edge of the external electrode. 前記溝は、底面の幅よりも前記外部電極の表面における開口の幅の方が大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の積層型圧電素子。   4. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the groove has a width of an opening on a surface of the external electrode larger than a width of a bottom surface. 5. 前記溝は、開口の幅が前記外部電極の縁側で大きくなっていることを特徴とする請求項3に記載の積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to claim 3, wherein the groove has an opening whose width is increased on an edge side of the external electrode. 前記溝は、前記外部電極の縁からこれに対向する縁にかけて形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the groove is formed from an edge of the external electrode to an edge facing the external electrode. 前記溝は、前記内部電極層と平行に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the groove is formed in parallel with the internal electrode layer. 前記積層体は、駆動時に前記内部電極層よりも優先的に破断することによって応力を緩和する予定破断層を含んでおり、前記溝は、前記予定破断層の近傍に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の積層型圧電素子。   The laminate includes a planned fracture layer that relaxes stress by breaking preferentially over the internal electrode layer during driving, and the groove is formed in the vicinity of the planned fracture layer. The multilayer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 7. 前記外部電極は、前記積層体の積層方向に交わる方向に沿って延びるように前記外部電極の厚み方向にわたってスリットがさらに形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の積層型圧電素子。   The slit is further formed in the thickness direction of the said external electrode so that the said external electrode may extend along the direction which cross | intersects the lamination direction of the said laminated body. The laminated piezoelectric element described. 噴射孔を有する容器と、請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とする噴射装置。   A container having an injection hole and the multilayer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 9, wherein fluid stored in the container is discharged from the injection hole by driving the multilayer piezoelectric element. An injection device. 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する請求項10に記載の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とする燃料噴射システム。   A common rail for storing high-pressure fuel, the injection device according to claim 10 for injecting the high-pressure fuel stored in the common rail, a pressure pump for supplying the high-pressure fuel to the common rail, and a drive signal for the injection device A fuel injection system comprising an injection control unit.
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