CN100587990C - 层叠型压电元件及使用该层叠型压电元件的喷射装置 - Google Patents

Abstract

一种层叠型压电元件，其通过压电体层和金属层交替层叠多层而形成，多个所述金属层包括多个高电阻金属层，该高电阻金属层的电阻高于相邻两侧的金属层的电阻。多个所述高电阻金属层分别夹着该高电阻金属层以外的多个其他金属层而规则地配置。本发明的其他层叠型压电元件，交替层叠多个压电体层和多个金属层，所述多个金属层中的至少一层由配置于所述压电体层间的多个部分金属层构成。

Description

层叠型压电元件及使用该层叠型压电元件的喷射装置

技术领域

本发明涉及层叠型压电元件(以下有时仅称作“元件”)以及喷射装置，尤其涉及适用于在高电压/高压力下长时间连续驱动的层叠型压电元件以及喷射装置。

背景技术

一直以来，作为采用层叠型压电元件的装置，有交替层叠了压电体层和金属层的压电执行机构。压电执行机构一般被分为两类，一类是同时烧制类型，另一类是交替地层叠由1个压电体形成的压电陶瓷和板状体的金属层的堆叠类型。其中，从实现低电压化以及降低制造成本的观点出发，大多采用同时烧制类型的压电执行机构。关于同时烧制类型的压电执行机构，其薄层化简单，在小型化以及耐用性方面表现出色。

图6(a)是表示以往的层叠型压电元件的立体图，图6(b)是表示图6(a)中的压电体层和金属层的层叠状态的部分立体图。如图6(a)和(b)所示，该层叠型压电元件由层叠体103、相互对置的侧面上形成的一对外部电极105构成。层叠体103交替层叠了压电体层101和金属层102。在层叠体103的层叠方向的两端侧，分别层叠了非活性层104。金属层(内部电极层)102没有形成在压电体层101的主面整个面上，成为所谓的部分电极构造。该部分电极构造的金属层102被层叠成为每隔一层露出到层叠体103的不同的侧面，每隔一层分别与一对外部电极105连接。

作为以往的层叠型压电元件的制造方法，如下面所述。即首先，按照成为图6(b)所示的规定金属层构造的图案，将金属膏印刷到含有压电体层101的原料的陶瓷印刷电路基板上。接着，层叠多个印刷有金属膏的印刷电路基板来制作层叠成形体，对其进行烧制而得到层叠体103。之后，在层叠体103的对置的侧面涂敷金属膏后，进行烧制而形成一对的外部电极105，得到图6(a)所示的层叠型压电元件(例如参照专利文献1)。

这里，作为金属层102，一般大多采用银和钯的合金。另外，为了同时烧制压电体层101和金属层102，金属层102的金属组成大多设定为：银70质量％、钯30质量％(例如参照专利文献2)。像这样不采用仅由银构成的金属层而采用银-钯合金构成的金属层102的理由如下所述。

即，若金属层102是不包含钯而只有银的组成，则在对对置的金属层102之间施加电压差时，金属层102中的银离子在对置的金属层102上从正极到负极，在元件表面传递移动，产生所谓的离子迁移现象。该现象在高温高湿的环境下有显著发生的倾向。

另一方面，以往以形成金属填充率大致相同的金属层102为目的，采用将金属成分比或金属浓度调制成大致相同的金属膏。在将该金属膏丝网印刷到陶瓷印刷电路基板上时，要将网格密度或抗蚀剂厚度设定为大致同一条件来制作层叠体103。

另外，在按压并层叠陶瓷印刷电路基板时，按压状态在金属层102重合的部分和不重合的部分存在差异，因此即使在金属层102的同一面内，金属层密度有时变得不均匀。因此提出了以下所述的方法(例如参照专利文献3)：在形成金属层120的部分的陶瓷带形成凹部，使金属填充率均匀。

但是，在将以往的层叠型压电元件用做压电执行机构时，通过焊锡将导线(未图示)连接固定到外部电极105，在外部电极105之间施加规定的电位来进行驱动。另外，近年来，要求层叠型压电元件小型化的同时，还要确保在大的压力下大的变位量，所以要求施加更高的电场，而且能在长时间连续驱动的残酷的条件下使用。

这样为了应对在高压力下长时间连续驱动的要求，在专利文献4中，提出了设有使压电体101的厚度变化的层的元件。即，利用通过使厚度不同而使变位量与其他层不同，来尝试缓和应力。

另外还提出了下述方案(例如参照专利文献5)：在堆叠类型的层叠型压电元件中，设金属层和压电体层的界面的接触电阻在层叠型压电元件的层叠方向的中央部为高电阻，随着向两端推移而变小，通过按照这样方式进行控制，应力不会集中在层叠型压电元件的层叠方向的中央部。

专利文献1：日本专利特开昭61-133715号公报

专利文献2：日本专利实开平1-130568号公报

专利文献3：日本专利特开平10-199750号公报

专利文献4：日本专利特开昭60-86880号公报

专利文献5：日本专利特开平6-326370号公报

但是，在以往的层叠型压电元件中，如上所述，一直尝试形成均匀的金属层，由此向所有的压电体均匀地施加电场。尤其，为了使各金属层的导电率均匀，或者为了使与压电体层相接的部分的表面积均匀，而一直尝试使金属层的金属填充率均匀。为此，伴随变位而产生的应力集中在层叠型压电元件的层叠方向的中央部周围，从而产生出现裂缝等不良情况。

作为其改善方法，虽然有专利文献4、5中所示的方法，但现在大多在高电场、高压力下长时间连续运转等的残酷的条件下使用，在这样的条件下，尚且不能说得到充分的改善，会发生应力集中在元件中央部的外周，产生裂缝，或者剥离，或变位量变化的情况。

尤其，同时烧制类型的层叠型压电元件或压电体的外周至少一部分受约束的类型的层叠型压电元件中，产生上述问题的危险性很高。

另外，有时还会发生因各压电体层的变位行为一致的共振现象而产生响声，产生驱动频率整数倍的高次谐波信号并成为噪声成分。

另外，将以往的层叠型压电元件用做燃料喷射装置等的驱动元件中利用的执行机构时，由于产生所希望的变位量逐渐变化的问题，所以要求长时间连续运转的变位量的变化的抑制和耐用性的提高。

发明内容

为此，本发明鉴于上述的问题点而做出，目的在于提供一种耐用性优良的层叠型压电元件以及喷射装置，其即使在高电压、高压力长时间连续驱动的情况下，也能抑制变位量变化。

本发明的其他目的在于提供一种能抑制因共振现象引起的噪声的产生的层叠型压电元件以及喷射装置。

本发明的发明者们为了解决上述课题而进行了专心研究。其结果，发现了通过配置多个电阻比相邻两侧的金属层高的高电阻金属层，从而即使在高电压、高压力下连续驱动长时间的情况下，变位量也不会变化，能得到耐用性出色的层叠型压电元件，由此完成了本发明。

即，本发明的层叠型压电元件，其通过交替层叠多个压电体层和多个金属层而形成，多个所述金属层包括多个高电阻金属层，该高电阻金属层的电阻高于相邻两侧的金属层的电阻。

在本发明的层叠型压电元件中，优选多个所述高电阻金属层分别夹着该高电阻金属层以外的多个其他金属层而配置。另外，优选所述高电阻金属层规则地配置。进一步优选所述高电阻金属层其内部的空隙率大于所述其他金属层中的空隙率。优选所述高电阻金属层包括电阻比所述其他金属层高的高电阻成分，该高电阻成分的含有率比所述其他金属层中的高电阻成分的含有率高。另外，优选所述高电阻金属层的厚度比所述其他金属层薄。优选所述高电阻金属层的电阻是所述压电体层的电阻的1/10～1000倍，更加优选所述高电阻金属层的电阻是该高电阻金属层相邻两侧的其他金属层的电阻的1000倍以上。

本发明的其他层叠型压电元件，通过交替层叠多个压电体层和多个金属层而形成，所述多个金属层中的至少一层由配置于所述压电体层间的多个部分金属层构成。

优选所述多个部分金属层的一部分，在该部分金属层的厚度方向的两端与相邻的两侧的压电体层相接，所述多个部分金属层的剩余部分，仅在该部分金属层的厚度方向的一端与压电体层相接。

另外，优选具有多个由所述部分金属层构成的金属层，另外由所述部分金属层构成的多个金属层分别隔着多个压电体层配置。优选由所述部分金属层构成的多个金属层规则地配置。另外，优选所述部分金属层，随着接近与由该部分金属层构成的金属层相接的压电体层，宽度逐渐减小或逐渐增大。优选所述部分金属层由银或钯、或者银和钯的合金构成。进一步优选在相邻的所述部分金属层之间存在间隙。另外，优选在所述层叠体的侧面，形成与所述多个金属层连接的一对外部电极。

本发明的喷射装置，包括具有喷出孔的容器、和上述层叠型压电元件，通过所述层叠型压电元件的驱动从所述喷射孔喷出所述容器内填充的液体。

根据本发明的层叠型压电元件，由于多个所述金属层包括电阻高于相邻两侧的金属层的多个高电阻金属层，所以与高电阻金属层相接的压电体层的变位变小。由于在层叠型压电元件中存在这样变位小的多个压电体层，所以能使因变位而产生的应力的分布分散，所以能抑制产生裂缝，即使产生裂缝也能抑制其进一步发展。由此，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下，也能抑制变位量变化，所以能提供耐用性出色且可靠性高的层叠型压电元件。

根据本发明的其他层叠型压电元件，由于多个金属层中的至少一层由配置在压电体层间的多个部分金属层构成，所以由该部分金属层构成的金属层能吸收压电体层变位时因其变位产生的应力。另外，由于存在由该部分金属层构成的金属层，从而该金属层周边的压电体层的自由度大，所以能增大这些压电体层的变位。由此，能缓和应力集中带来的元件变形的压迫，抑制元件变形带来的应力集中，所以得到大的变位量，抑制共振现象，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下，也能抑制变位量变化，得到耐用性出色的层叠型压电元件。

本发明的层叠型压电元件，即使在连续驱动的情况下变位量也不会实质性地变化，所以能提供耐用性出色且可靠性高的喷射装置。

附图说明

图1(a)是表示本发明一实施方式所涉及的层叠型压电元件的立体图，(b)是(a)中的压电体层和金属层的层叠状态的部分立体图。

图2是表示第一实施方式所涉及的层叠型压电元件的层叠构造的剖视图。

图3(a)是表示本发明的其他实施方式所涉及的层叠型压电元件的立体图，(b)是(a)中的压电体层和金属层的层叠状态的部分立体图。

图4(a)～(e)是将压电体层间配置的部分金属层的周边放大后的放大剖视图。

图5是表示本发明的一实施方式所涉及的喷射装置的概略剖视图。

图6(a)是表示以往的层叠型压电元件的立体图，(b)是(a)中的压电体层和金属层的层叠状态的部分立体图。

具体实施方式

<层叠型压电元件>

(第一实施方式)

参照附图对本发明的一实施方式所涉及的层叠型压电元件进行详细说明。图1(a)是表示本实施方式所涉及的层叠型压电元件的立体图，图1(b)是表示该层叠型压电元件中的压电体层和金属层的层叠状态的部分立体图。图2是第一实施方式所涉及的层叠型压电元件的与层叠体层相接的金属层的层叠构造的剖视图。

如图1所示，该层叠型压电元件具有交替层叠压电体层11和金属层12而成的层叠体13，并分别接合有一对外部电极15，该外部电极15与在该层叠体层13的对置的侧面露出的金属层12的端部电导通。在层叠体13的层叠方向的两端层叠由压电体层11形成的非活性层14。

在将本实施方式的层叠型压电元件用做压电执行机构的情况下，通过焊锡将导线(未图示)连接固定到外部电极15，只要将该导线与外部电压供给部(未图示)连接即可。在压电体层11之间配有金属层12，但由于该金属层12由银-钯等的金属材料形成，所以经过金属层12向各压电体层11施加规定电压，具有使压电体层11出现基于逆压电效果的变位的作用。

非活性层14由层叠了多个压电体层的层叠体构成，由于仅在一个主面侧配置金属层12，所以即使施加电压也不产生变位。

在本实施方式的层叠型压电元件中，如图2所示，多个金属层12包括电阻比相邻的两侧的金属层高的多个高电阻金属层12A，这些高电阻金属层12A夹着多层该高电阻金属层12A以外的其他金属层12B而配置。即，多个金属层12由多个金属层12B和电阻比该金属层12B高的多个高电阻金属层12A构成。

在以往的层叠型压电元件中，由于为了向所有的压电体层11均匀地施加电场而形成大致均匀的金属层12，所以在驱动时元件自身产生连续的尺寸变化，所以所有的压电体11隔着金属层12密接并驱动。因此，层叠型压电元件作为一体而驱动变形。因此，在压缩时扩张、伸展时，在中间变细的元件中央部的外周，因元件的变形产生的应力集中，在高电场、高压力长时间连续驱动的情况下，出现层叠部分(压电体层和金属层的界面)剥离，或者产生裂缝的问题。

如本实施方式所述，通过配置多个高电阻金属层12A，从而能分散因变位产生的应力。因此，即使在高电场、高压力长时间连续驱动的情况下，也能抑制裂缝的产生，缩小变位量的变化，提高耐用性。

若进一步进行详细说明，与高电阻金属层12A相接的压电体层11，其变位量比与其他金属层12B相接的压电体层11小。即，存在多个变位小的压电体层11。因此，元件不会一体驱动变形，而成为通过高电阻金属层12A划分的多个区域分别驱动变形的状态。由此，以往在元件中央部集中的应力在本实施方式的元件中分散到多个区域的每一个中，所以即使在高电场、高压力下也能得到优异的耐用性。另外，即使产生层叠部分局部剥离、或产生裂缝的情况下，也可通过变位小的压电体11的部分来抑制裂缝的发展。基于以上的理由，推断出能够得到提高耐用性，并且可靠性高的元件。

另外，高电阻金属层12A的数量越多，应力越分散，耐用性进一步提高，但若数量过多，则有变位量减少的倾向，所以优选数量在整体的压电体层11的总数20％以下。

另外，优选高电阻金属层12A在层叠型压电元件的层叠方向上规则配置。在高电阻金属层12A和高电阻金属层12A之间包括多个其他金属层12B，多个高电阻金属层12A在层叠方向上规则配置。由此，伴随变位产生的应力分别均匀地分散在由高电阻金属层12A分割的部分上。通过这样有计划地进行应力的分散，从而能抑制裂缝的产生，抑制运转时的变位量的变化，提高耐用性。

这里，“高电阻金属层规则配置”是指，在高电阻金属层12A、12A之间存在的其他金属层12B的层数在任意的高电阻金属层12A、12A之间都相同的情况，当然也包括在高电阻金属层12A、12A之间存在的其他金属层12B的层数近似到能使应力在层叠方向上大致均匀分散的程度的情况。具体而言，在高电阻金属层12A间存在的其他金属层12B的层数优选在各层数平均值的±20％的范围内，更优选在各层数平均值的±10％的范围内，进一步优选在所有高电阻金属层12A、12A之间相同。

上述高电阻金属层12A的内部空隙率为其他金属层12B的空隙率的1.5～30倍，优选为金属层12B的空隙率的5～20倍。由此，与高电阻金属层12A相接的压电体层11的变位量比两主面与其他金属层12B相接的压电体层11的变位量小。通过该变位量小的压电体层11划分的区域比层叠型压电元件整体的变位量小，能抑制在层叠型压电元件的外周产生的裂缝，提高耐用性。另外，通过增大空隙率而能够吸收应力，所以进一步提高了耐用性。

高电阻金属层12A的空隙率为40％～99％，更优选为50％～90％。若空隙率小于40％，则有可能会导致金属层的电阻不高，不能充分使与其相接的压电体层11的变位量变小。另一方面，若空隙率大于99％，则有可能导致高电阻金属层12的强度降低，容易破坏高电阻金属层12A。

这里，空隙率是通过在用平行于层叠方向的面或垂直于层叠方向的面切断层叠型压电元件的截面进行测量的。通过在高电阻金属层12A的截面，测量空隙的截面积，用所测量的面积除以高电阻金属层12A的截面积，然后换算成百分数而求得。空隙的直径没有特别限定，但优选为3～100μm，更优选5～70μm。

测量空隙率的方法分为以下所述两种。第一方法是观察用平行于层叠方向的面截断层叠体13时的截面的方法，第二方法是观察用垂直于层叠方向的面截断层叠体13时的截面的方法。本发明中的空隙率选用哪种方法测量都可以。

在用第一方法测量空隙率时，例如如下那样进行即可。首先，利用公知的研磨机构研磨处理层叠体13，使得平行于层叠方向的截面露出。具体而言，例如能够采用ケメツト·ジヤパン(KEMET JAPAN)股份公司制造的桌上研磨机KEMET-V-300作为研磨装置，通过金刚石研磨膏进行研磨。例如通过扫描型电子显微镜(SEM)、光学显微镜、金属显微镜、光学显微镜等来观察通过该研磨处理露出的截面，得到截面图像，通过对该截面图像进行图像处理，由此来测量金属层的空隙率。若举例说明，对由光学显微镜拍摄的金属层的图像，用黑色涂敷空隙部分，用白色涂敷空隙之外的部分，求得黑色部分的比率，即(黑色部分的面积)/(黑色部分的面积+白色部分的面积)，通过用百分率表示，从而能算出空隙率。例如，在截面图像为彩色的情况下，也可以变换为灰度级而分为黑色部分和白色部分。此时，在需要设定用于分为白色部分和黑色部分两部分的边界的阈值的情况下，只要通过图像处理软件或目视来设定边界的阈值进行二值化即可。

在用第二方法测量空隙率时，例如如下那样进行即可。首先，利用公知的研磨装置在层叠体13的层叠方向进行研磨，直到想要测量空隙率的金属层的截面(垂直于层叠方向的截面)露出为止。具体而言，例如能够采用ケメツト·ジヤパン(股份)公司制造的桌上研磨机KEMET-V-300作为研磨装置，通过金刚石研磨膏进行研磨。例如通过扫描型电子显微镜(SEM)、光学显微镜、金属显微镜、光学显微镜等来观察通过该研磨处理露出的截面，得到截面图像，通过对该截面图像进行图像处理，由此来测量金属层的空隙率。具体而言，对由光学显微镜拍摄的金属层的图像，用黑色涂敷空隙部分，用白色涂敷空隙之外的部分，求得黑色部分的比率，即(黑色部分的面积)/(黑色部分的面积+白色部分的面积)，通过用百分率表示，从而能算出空隙率。例如，在截面图像为彩色的情况下，也可以变换为灰度级而分为黑色部分和白色部分。此时，在需要设定用于划分为白色部分和黑色部分两部分的边界的阈值的情况下，只要通过图像处理软件或目视来设定边界的阈值进行二值化即可。

另外，在观察金属层的截面时，优选研磨到金属层厚度的约1/2的位置，由此来观察露出的截面。其中，在金属层的厚度薄，且厚度的偏差较大的情况下，存在不能通过研磨处理使金属层的截面整体露出的情况。在这样的情况下，在研磨处理到金属层的一部分露出的时刻，在观察该露出部分并得到截面图像之后，进一步进行研磨，反复多次进行对除了已观察到的部分之外的其他部分进行观察的操作。将通过这样多次操作而得到的观察图像相加组合，从而能观察金属层的截面整体。

另外，高电阻金属层12A优选比其他金属层12B包括更多的电阻高的高电阻成分。具体而言，高电阻成分的含有率是其他金属层12B中的高电阻成分的含有率的1.5倍～20倍，优选为2～10倍。通过这样在高电阻金属层12A中较多地加入高电阻成分，从而即使空隙的量实质地减少，也能形成电阻高的金属层。即使配置多个这样形成的高电阻金属层12A，也能进一步减小变位的变化量。

作为高电阻成分，例如举出Pd、Pt、Cr、Ni、Mo、W等。高电阻成分的粒径没有特别限定，但优选为0.1～100μm，更优选为0.1～50μm。

高电阻金属层12A中的高电阻成分的含有率优选为40％～99％，更优选为50％～90％。另外，高电阻成分的含有率可以通过拍摄平行于高电阻金属层12A的面的SEM照片、测量该面中高电阻成分的面积、并用所测量到的面积除以拍摄面整体的面积然后换算成百分数来求得。

另外，高电阻金属层12A的厚度优选比其他金属层12B的厚度薄。通过使高电阻金属层12A的厚度比其他金属层12B的厚度薄，从而高电阻金属层12A比其他金属层12B更容易变形，能减轻与高电阻金属层相邻的压电体层11处产生的应力，能提高耐用性。另外，在使高电阻金属层的厚度比其他金属层薄时，由于金属层容易变形，吸收应力，难以剥离，所以提高了耐用性。

金属层12A、12B的厚度通过在层叠方向截断层叠型压电元件的面来测量。选择其他的金属层12B的任意5处位置，用任意的两根平行线夹持来测量厚度。即，将两根平行线的一个设在金属层和压电体层的边界中，使另一根线移动到另一个边界，测量两根平行线间的距离。高电阻金属层12A也通过同样的方法来测量决定金属层的厚度。高电阻金属层12A的厚度没有特别限定，但优选为30～0.1μm，更优选为20～1μm。另外，其他金属层12B的厚度优选是高电阻金属层的103％以上，更优选为110％以上。作为测量金属层厚度的5处位置的选择方法，例如如下所述的方法。即，在层叠方向上截断层叠型压电元件的截面上，选择由金属层的宽方向的两端、宽方向的1/2的位置、在宽方向上距离端部1/4的位置(两点)构成的5处位置。

另外，在本发明中，高电阻金属层12A相对于压电体层11的电阻比优选为1/10～1000倍。通过采用这样的范围，从而能适当地控制与高电阻金属层12A相接的压电体层11的变位量。通过使高电阻金属层12A相对于压电体层11的电阻比在1/10倍以上，从而与高电阻金属层12A相接的压电体层11的变位量小于其他压电体层11的变位量，能充分得到应力分散的效果。另外，通过使高电阻金属层12A相对于压电体层11的电阻比在1000倍以下，从而能防止与高电阻金属层12A相接的压电体层11的变位量过小，防止应力过度集中。高电阻金属层12A相对于压电体层11的电阻比更优选为1～1000倍。

另外，本发明中的电阻(Ω)，可以通过在各层中，将探头抵接到高电阻金属层12A的两端或压电体层11的两端采用微微安测量器(例如惠普公司制造的4140B等)来进行测量。这里，“高电阻金属层12A的两端”是指在层叠体13中的相对置的两个侧面(没有形成外部电极15、15的部分)露出的高电阻金属层12A的两端。当高电阻金属层12A的端部没有露出在层叠体13的侧面的情况下，只要利用公知的研磨装置等研磨到高电阻金属层12A的端部露出为止即可。然后，分别将微微安测量器的探头抵接到高电阻金属层12A的两端来测量电阻。测量此时的电阻时的温度优选为25℃。

另外，高电阻金属层12A的电阻优选在其他金属层12B的电阻的1000倍以上。由此与高电阻金属层12A相接的压电体层11的变位量小于与其他金属层12B相接的压电体层11，通过高电阻金属层12A划分层叠型压电元件，分散应力，提高耐用性。

接着，对本实施方式的层叠型压电元件的制法进行说明。

首先，混合由PbZrO₃-PbTiO₃等构成的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷的煅烧粉末、由丙烯酸类及丁缩醛类等的有机高分子构成的粘合剂、DBP(邻苯二甲酸二甲酯)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)等的可塑剂，而制成浆，来制作通过公知的刮刀法或砑光滚法等的带状成型法而使该浆成为压电体11的陶瓷印刷电路基板。

接着，在银-钯等的构成高电阻金属层12A的金属粉末中，含有干燥时粘接固定、烧制时挥发的有机物(例如丙烯酸颗粒等)，添加混合粘合剂以及可塑剂等而制成导电性膏，通过丝网印刷等将该导电性膏以1～40μm的厚度印刷在上述印刷电路基板中一部分的印刷电路基板的上表面。

通过改变丙烯酸颗粒和金属粉末的比，能使高电阻金属层的空隙率变化。即，在丙烯酸颗粒多的情况下，空隙率高，在丙烯酸颗粒少的情况下，空隙率低。空隙的直径能通过改变颗粒的直径来调整。

作为其他的印刷方法，在粘合剂以及可塑剂等中添加并混合丙烯酸颗粒等的有机物来制作丙烯酸颗粒膏，另一方面，在银-钯等金属粉末中添加并混合粘合剂以及可塑剂等来制作导电性膏，通过丝网印刷等在上述一部分的印刷电路基板的上表面层叠印刷丙烯酸颗粒膏和导电性膏。通过该印刷方法，能够进行量产性更优异的印刷。

另外，通过事先对上述银-钯等的金属层进行加热处理，暂且使表面氧化，从而容易控制高电阻金属层12A的空隙率。另外，在上述银-钯等的金属层中也可以添加PZT、钛酸铅、铝等高电阻成分。

在形成高电阻金属层12A的印刷电路基板以外的剩余的印刷电路基板上，通过丝网印刷等印刷用于形成其他金属层12B的导电性膏。在该导电性膏中也可以根据需要添加丙烯酸颗粒等的有机物或高电阻成分。

接着，层叠多个印刷有导电性膏的各印刷电路基板得到层叠体。在将重物放在该层叠体上的状态下以规定的温度进行了脱粘合剂处理后，为了能使高电阻金属层12A中产生空隙而不放置重物并以900～1200℃进行烧制，由此来制作层叠体13。

此时，在非活性层14的部分的印刷电路基板中，添加银-钯等的构成金属层12的金属粉末，或层叠非活性层14的部分的印刷电路基板时，通过在印刷电路基板上印刷银-钯等构成金属层12的金属粉末以及由无机化合物和粘合剂和可塑剂构成的浆，从而能使非活性层14与其他部分的烧结时的收缩行为以及收缩率一致，所以能形成致密的层叠体13。

另外，层叠体13并不限定于通过上述制法来制造，只要能制成交替层叠多个压电体11和多个金属层12而构成的层叠体13，也可以通过其他制法来形成。

之后，交替形成端部在层叠型压电元件的侧面露出的金属层12和端部不露出的金属层12，在端部没有露出的金属层12和外部电极15间的压电体部分形成槽，在该槽内，形成杨氏模量低于压电体11的树脂或橡胶等的绝缘体。这里，所述槽通过内部切割装置等形成在层叠体13的侧面。

接着，在玻璃粉末中添加粘合剂来制作银玻璃导电性膏，并将其成形为片状，将干燥后(使溶剂飞散)的片的生密度控制在6～9g/cm³，将该片复制到柱状层叠体13的外部电极形成面，以比玻璃的软化点高的温度、且银的熔点(965℃)以下的温度、且层叠体13的烧制温度(℃)的4/5以下的温度进行烘焙，利用银玻璃导电性膏制成的片中的粘合剂成分飞散消失，能形成呈三维网眼构造的多孔质导电体所形成的外部电极15。

此时，可以在将构成外部电极15的膏层叠在多层的片上后进行烘焙，也可以以每一层为单位层叠来进行烘焙，但若是在多层的片上层叠后一起进行烘焙更有利于量产性。在按每层改变玻璃成分的情况下，虽然只要采用按每层改变玻璃成分的量的方法即可，但在最接近压电体11的面构成极薄的富含玻璃的层时，采用在层叠体13上通过丝网印刷等的方法印刷了富含玻璃的膏的基础上，层叠多层的片的方法。此时，也可以取代印刷而采用5μm以下的片。

另外，从有效形成颈部(结晶粒的变细的部分)，使银玻璃导电性膏中的银和金属层12扩散接合，另外有效残留外部电极15中的空隙，进一步使外部电极15和柱状的层叠体13侧面部分接合的观点出发，所述银玻璃导电性膏的烘焙温度优选为500～800℃。另外，银玻璃导电性膏中的玻璃成分的软化点优选为500～800℃。若存在颈部，则不会成为过度致密的烧结体，能形成适度存在间隙的网眼状的结构。

在烘焙温度高于800℃的情况下，银玻璃导电性膏的银粉末的烧结过度进展，不能形成有效的三维网眼构造的多孔质导电体，导致外部电极15过于致密，结果导致外部电极15的杨氏模量过高，不能充分吸收驱动时的应力，存在外部电极15断线的可能性。优选以玻璃的软化点1.2倍以内的温度进行烘焙。

另一方面，当烘焙温度低于500℃的情况下，由于金属层12端部与外部电极15之间不能充分扩散接合，不能形成颈部，导致有可能在驱动时金属层12和外部电极15之间引起火花。

接着，将形成有外部电极15的层叠体13浸渍在硅胶溶液中，同时对硅胶溶液进行真空脱气，由此在层叠体13的槽内部填充硅胶，之后从硅胶溶液中拉出层叠体13，将硅胶覆盖在层叠体13的侧面。之后，通过使填充在槽内部以及覆盖在层叠体13的侧面的所述硅胶固化，从而完成本发明的层叠型压电元件。

然后，将导线与外部电极15连接，通过该导线向一对外部电极15施加0.1～3kV/mm的直流电压，通过对层叠体13进行极化处理，从而完成利用了本发明的层叠型压电元件的压电执行机构，若将导线与外部的电压供给部连接，经由导线以及外部电极15向金属层12施加电压，则各压电体11因逆压电效应而发生较大变位，由此例如可作为向发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀发挥作用。

在外部电极15的外表面，也可以形成埋设了金属网或网状的金属板的由导电性粘接剂构成的导电性辅助部件。此时，通过在外部电极15的外表面设置导电性辅助部件，从而即使在对执行机构接入大电流并以高速使其驱动的情况下，也能在导电性辅助部件中流过大电流，能降低流过外部电极15的电流，因此能防止引起外部电极15局部发热而产生断线，能大幅提高耐用性。另外，由于在导电性粘接剂中埋设了金属的网或网状的金属板，所以能防止所述导电性粘接剂产生龟裂。金属的网是指编入了金属线而成的，网状的金属板是指在金属板上形成孔并做成网状。

另外，构成所述导电性辅助部件的导电性粘接剂优选由分散了银粉末的聚酰亚胺树脂构成。即，通过在耐热性高的聚酰亚胺树脂中分散电阻率低的银粉末，从而即使在高温下使用时，也能形成电阻值低且维持高粘接强度的导电性辅助部件。

进一步优选的是，所述导电性粒子优选为薄片状或针状等非球形的粒子。这是因为，通过使导电性粒子的形状为薄片状或针状等非球形的粒子，从而能强化该导电性粒子间的络合，能进一步提高该导电性粘接剂的剪切强度。

(第二实施方式)

对本发明的第二实施方式所涉及的层叠型压电元件进行详细说明。图3(a)是表示本实施方式所涉及的层叠型压电元件的立体图，图3(b)是图3(a)中的压电体层和金属层的层叠状态的部分立体图。

如图3(a)、(b)所示，本实施方式的层叠型压电元件具有交替层叠多个压电体层21和多个金属层22a、22b(以下统称为“金属层22”)而成的层叠体23，在该层叠体23的对置的侧面上配有一对外部电极25(一个外部电极未图示)。各金属层22没有形成在压电体层21的主面整体上，即构成所谓的部分电极构造。该部分电极构造的多个金属层22被配置成每隔一层分别露出在层叠体23的对置的侧面。由此，金属层22每隔一层与一对外部电极25电连接。

另外，层叠体23的层叠方向的两端侧层叠由压电体形成的非活性层24。在使用该层叠型压电元件作为压电执行机构的情况下，通过焊接将导线连接固定到一对外部电极25，并将导线连接到外部电压供给部即可。通过从该外部电压供给部通过导线向相邻的金属层22之间施加规定的电压，从而各压电体层21因逆压电效应而变位。另一方面，由于非活性层24仅在一个主面侧配置金属层22，在其他主面侧不配置金属层22，所以即使施加电压也不产生变位。

本实施方式的层叠型压电元件，如图3(a)、(b)所示，多个金属层22中的至少一层是由配置在压电体层21间的多个部分金属层22c构成的金属层22b。由于至少存在1层这样的金属层22b，所以不仅能增大层叠型压电元件整体的变位，而且能提高层叠型压电元件的耐用性。

即，如以往的层叠型压电元件那样，若为了向所有的压电体均匀施加电场而使全部的金属层为大致均匀的层，则在驱动时引起元件自身尺寸连续变化。因此，所有的压电体隔着金属层密接并驱动。因此，层叠型压电元件作为一体而驱动变形。因此，在压缩时扩张、伸展时，在中间变细的元件中央部的外周，因元件的变形产生的应力集中。尤其，存在应力集中在压电变位的活性层和压电不变位的非活性层的交界处的倾向。另外，还会发生因各压电体层的变位行为一致的共振现象而产生响声，产生驱动频率整数倍的高次谐波信号并成为噪声成分的问题。

对此，在本实施方式所涉及的层叠型压电元件中，通过使金属层22的至少一层为金属层22b，从而金属层22b周边的压电体层变位小，金属层22a周边的压电体层21变位大，能使元件内变位大的位置和变位小的位置分散。通过将这样的金属层配置在元件内，从而能分散施加给元件的应力。由此，通过缓和由应力集中引起的元件变形，从而能增大元件整体的变位。另外，能抑制因元件的变形引起的应力集中，即使在高电场、高压力下长时间连续驱动的情况下，也能发挥出色的耐用性。

另外，构成金属层22b的多个部分金属层22c优选大致均匀地配置在压电体层21、21之间。多个部分金属层22c在压电体层21、21之间配置成相互的间隔大致均匀时，伴随元件变形的应力不会集中在一部分，金属层22b遍及元件截面整个区域作为压电体层的应力缓和层发挥作用。

在图3(a)、(b)所示的本实施方式中，在层叠体23中存在多个金属层22b。各金属层22b隔着多个压电体层21以及多个金属层22a配置，且在层叠体23的厚度方向上规则地配置。

多个压电体层21中驱动变形的层是被金属层22a夹着的层，所以在金属层22中隔着多枚压电体21的部位形成金属层22b，能以某种程度确保元件的变位量。另外，由于能抑制元件的尺寸变化、即变位集中一致时产生的共振现象，所以能防止响声产生。进而，由于能防止高次谐波信号的产生，所以能抑制控制信号的噪声。另外，通过使金属层22的厚度变化，从而能抑制压电体11的变位的大小，所以不需要改变压电体21的厚度，便能实现对量产性有效的构造。

另外，在本发明中，多个部分金属层22c的一部分，与该部分金属层22c的厚度方向两端所相邻的两侧的压电层21相接(图4(a))，构成金属层22b的多个部分金属层22c的余部优选仅该在部分金属层22c的厚度方向的一端与压电体层21相接(图4(b))。另外，也可以是如图4(c)所示的部分金属层22c那样一端侧的大致整个面与压电体层21相接，另一端侧的仅一部分与压电体层21相接的状态。对金属层22b要求的功能之一是使层叠型压电元件驱动时的变位增大。因此，构成金属层22b的多个部分金属层22c，其厚度方向的两端或一端需要与相邻的两侧压电体层21相接。构成金属层22b的多个部分金属层22c厚度方向的两端在不同时与相邻的两侧压电体层21接触的情况下，不能充分赋予连接相邻的压电体层21的弹簧功能，所以存在不能充分得到使层叠型压电元件驱动时的变位增大的效果的情况。

进而，多个部分金属层22c优选在相邻的压电体层21的附近区域，随着靠近该压电体层而宽度逐渐减少(图4(d))、或者宽度逐渐增大(图4(e))。这里，对金属层22b要求的另一个功能是缓和层叠型压电元件驱动、变位时产生的应力。为了得到该功能，在层叠型压电元件驱动变形时，需要缓和在压电体21和金属层22的界面产生应力使其不集中于一点。在本发明中，为了进一步提高该应力缓和功能，将多个部分金属层22c的轮廓设为：尤其在相邻的压电体层21的附近区域，随着靠近该压电体层，宽度逐渐变小或者逐渐变大，抑制应力集中于一点。由此，由于与金属层22b相接的压电体21应力不会集中，变位量变大，由于能够在保持元件的驱动变位的同时避免元件的应力集中于一点，所以能提供变位量大且耐用性良好的高可靠性的压电执行机构。

另外，在金属层22b中，优选在相邻的多个部分金属层22c之间存在间隙。这是因为，若在金属层22b中存在金属成分之外的绝缘物质，则在驱动元件时，存在在压电体21产生不能施加电压的部分，不能充分地使压电变位增大的情况，另外，驱动时的应力容易集中。

另一方面，若在构成部分金属层22b的多个部分金属层22c之间存在间隙，则在向金属部分施加应力时，由于有空隙的部分，从而部分金属层22c变形能分散缓和应力。另外，在与金属层22b相接的压电体21压电变位时，由于有空隙部分，从而可部分夹持压电体21，从而与在整个面进行夹持时相比，减小了束缚压电体21的力，所以压电体层21容易变位，能增大变位量。由此，能得到元件的变位变得更大，且耐用性高的层叠型压电体元件。

另外，层叠体23优选为多角形柱状体。这是因为，若层叠体23是圆柱状体，若不是正圆的话则中心轴会摇动，所以必须制作高精度的圆，从而难以采用基于同时烧制的量产型的制法，另外，即使在层叠大致圆形状的层叠体后，或者在烧制后研磨外周而使其为圆柱状，也难以高精度地对准金属层22的中心轴。

对此，若为多角形柱状体，则能在确定了基准线的压电体21中形成金属层22，进一步能沿着基准线进行层叠，所以能采用量产型的制法形成作为驱动轴的中心轴，所以能得到耐用性高的元件。

另外，在本发明中，构成金属层22b的金属优选采用银或钯、或者它们的化合物。这些金属由于具有高的耐热性，所以能对烧制温度高的压电体21和金属层22同时进行烧制。因此，能以比压电体21的烧结温度低的温度制作外部电极25，所以能抑制压电体21和外部电极25之间激烈的相互扩散。

接着，对本实施方式所涉及的层叠型压电元件的制法进行说明。首先，混合由PbZrO₃-PbTiO₃等构成的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷的煅烧粉末、由丙烯酸类及丁缩醛类等的有机高分子构成的粘合剂、DBP(邻苯二甲酸二甲酯)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)等的可塑剂，而制成浆，来制作通过公知的刮刀法或砑光滚法等的带状成型法而使该浆成为压电体11的陶瓷印刷电路基板。

接着，在银-钯等的构成金属层22的金属粉末中添加混合粘合剂以及可塑剂等而制成导电性膏，通过丝网印刷等将该导电性膏以1～40μm的厚度印刷在各印刷电路基板的上表面。通过改变粘合剂以及可塑剂和金属粉末之比，或改变丝网的网眼的目数，或改变形成丝网图案的抗蚀剂厚度，从而能使金属层22的厚度以及金属层中的空隙等变化。

另外，在层叠多个印刷了导电性膏的印刷电路基板，在将重物放在其上的状态下以规定的温度对该层叠体进行了脱粘合剂处理后，按照能使金属层的厚度中存在差别的方式不放置重物并以900～1200℃进行烧制，由此来制作层叠体23。

此时，在非活性层24的部分的印刷电路基板中，添加银-钯等的构成金属层22的金属粉末，或层叠非活性层24的部分的印刷电路基板时，通过在印刷电路基板上印刷银-钯等构成金属层22的金属粉末以及由无机化合物和粘合剂和可塑剂构成的浆，从而能使非活性层24与其他部分的烧结时的收缩行为以及收缩率一致，所以能形成致密的层叠体23。

另外，层叠体23并不限定于通过上述制法来制造，只要能制成交替层叠多个压电体21和多个金属层22而构成的层叠体23，也可以通过其他制法来形成。

接着，在玻璃粉末中添加粘合剂来制作银玻璃导电性膏，并将其成形为片状，将干燥后(使溶剂飞散)的片的生密度控制在6～9g/cm³。将该片转印到柱状层叠体23的外部电极形成面，以比玻璃的软化点高的温度、且银的熔点(965℃)以下的温度、且层叠体23的烧制温度(℃)的4/5以下的温度进行烘焙。通过这样，利用银玻璃导电性膏制成的片中的粘合剂成分飞散消失，能形成呈三维网眼构造的多孔质导电体所形成的外部电极25。

另外，所述银玻璃导电性膏的烘焙温度与上述同样，优选为500～800℃。另外，银玻璃导电性膏中的玻璃成分的软化点优选为500～800℃。

接着，将形成有外部电极25的层叠体23浸渍在硅胶溶液中，同时对硅胶溶液进行真空脱气，由此在层叠体23的槽内部填充硅胶，之后从硅胶溶液中拉出层叠体23，将硅胶覆盖在层叠体23的侧面。之后，通过使填充在槽内部以及覆盖在层叠体23的侧面的所述硅胶固化，从而完成本发明的层叠型压电元件。

然后，将导线与外部电极25连接，通过该导线向一对外部电极25施加0.1～3kV/mm的直流电压，通过对层叠体23进行极化处理，从而完成利用了本发明的层叠型压电元件的压电执行机构。若将导线与外部的电压供给部连接，经由导线以及外部电极25向金属层22施加电压，则各压电体21因逆压电效应而发生较大变位，由此例如可作为向发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀发挥作用。

由于其他与第一实施方式相同，所以省略说明。

<喷射装置>

图5是表示本发明的一实施方式所涉及的喷射装置的概略剖视图。如图5所示，该喷射装置，在一端具有喷射孔的33的存放容器31内部，存放有以上述实施方式为代表的本发明的层叠型压电元件。在存放容器31内，配置能开闭喷射孔33的针形阀35。在喷射孔33配置燃料通路37，其能根据针形阀35的动作而连通。该燃料通路37与外部的燃料供给源联结，始终以恒定的高压向燃料通路37供给燃料。由此，若针形阀35将喷射孔33开放，则供给到燃料通路37的燃料以恒定的高压喷出到未图示的内燃机的燃料室内。

另外，针形阀35的上端部的内径增大，配置能与形成在存放容器31内的汽缸39滑动的活塞41。另外，在存放容器31内，存放具备上述的层叠型压电元件的压电执行机构43。

在这样的喷射装置中，若压电执行机构43被施加电压而伸长，则按压活塞41，针形阀35闭塞喷射孔33，停止燃料的供给。另外，若停止施加电压则压电执行机构43收缩，碟形弹簧45反复按压汽缸41，喷射孔33与燃料通路37连通，进行燃料的喷射。

另外，本发明虽然与层叠型压电元件以及喷射装置相关，但并不限定于上述实施例，即使是例如汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨等的液体喷射装置、光学装置等的精密定位装置或防振装置等中搭载的驱动元件，或者燃烧压传感器、爆震传感器(knock sensor)、加速度传感器、负重传感器、超声波传感器、感压传感器、偏航率(yaw rate)传感器等中搭载的传感器元件，以及压电回转仪、压电开关、压电变压器、压电断路器等中搭载的电路元件以外，只要是采用压电特性的元件，都能实施。

以下，列举实施例对本发明进一步进行详细说明，但本发明并非限定于以下的实施例。

实施例

(实施例1)如下所述来制作由本发明的层叠型压电元件构成的压电执行机构。

首先，混合以平均粒径为0.4μm的钛酸锆酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)为主要成分的压电陶瓷的煅烧粉末、粘合剂以及可塑剂而制成浆，通过刮刀法等制作成为厚度150μm的压电体11的陶瓷印刷电路基板。

在该陶瓷印刷电路基板的一个面上，通过丝网印刷法印刷银-钯合金(银95质量％-钯5质量％)中添加了粘合剂的导电性膏。此时，在形成其他金属层12B的部分，利用银-钯合金(银95质量％-钯5质量％)中添加了粘合剂的导电性膏进行印刷，使得烧制后成为5或10μm的厚度。另外，根据情况，在上述导电性膏中添加0.2μm的丙烯酸颗粒而在金属层中生成空隙。

在形成高电阻金属层12A的部分，在对银-钯合金(银95质量％-钯5质量％)的表面进行了氧化处理的粒子中适量添加平均粒径0.2μm的丙烯酸颗粒，进一步利用添加了粘合剂的导电性膏进行印刷，使得烧制后成为1～6μm的厚度。

准备300枚如这样印刷了导电性膏的片，另外准备成为保护层的印刷电路基板，并从下开始层叠30枚保护层、300枚层叠体、30枚保护层，在进行加压后，进行脱脂烧制。烧制在800℃的条件下保持2小时后，以1000℃烧制2小时。所形成的高电阻金属层12A的空隙率由表1表示。

另外，层叠体13中的高电阻金属层12A是表1所表示的层数。另外，该高电阻金属层12A的配置除了试料No.9之外都是规则的。具体而言，高电阻金属层的层数为1层的试料No.1，从层叠体的上面开始在第150层配置了高电阻金属层。另外，高电阻金属层的层数为2层的试料No.2，从层叠体的上面起第100、200层中规则地配置了高电阻金属层。高电阻金属层的层数为5层的试料No.3，从层叠体的上面开始以每50层为单位规则地配置了高电阻金属层。高电阻金属层的层数为14层的试料以每20层为单位规则地配置，59层的试料以每5层为单位规则地配置。另外，高电阻金属层的层数为10层的试料从层叠体的上面开始，以26、27、27、28、28、28、28、28、27、27的间隔规则地配置了高电阻金属层。另外，高电阻金属层的层数为39层的试料从层叠体的上面开始，如7、8、7、8那样交替地以7层和8层的间隔规则地配置了高电阻金属层。高电阻金属层的层数为20层的试料，以13、13、13、13、14、14、15、15、16、16、16、16、16、15、15、14、14、13、13、13的间隔规则地配置了高电阻金属层。高电阻金属层的层数为20层的试料中，高电阻金属层的配置不规则的试料No.9，从层叠体的上面开始，以5、5、25、25、15、10、20、20、10、10、10、10、10、20、20、10、15、25、25、5的间隔配置了高电阻金属层。

准备在高电阻金属层12A，根据情况加入了PZT、钛酸铅、铝、二氧化钛、氮化硅、二氧化硅等高电阻成分的材料。

接着，在平均粒径2μm的薄片状的银粉末、和以余部平均粒径为2μm的硅为主要成分的软化点为640℃的非晶质的玻璃粉末的混合物中，添加粘合剂，其比重相对于银粉末和玻璃粉末合计质量100质量部为8质量部，进行充分混合，来制作银玻璃导电性膏，将这样制成的银玻璃导电性膏通过丝网印刷法形成在离型薄膜上，干燥后通过离型薄膜剥离，得到银玻璃导电性膏的片。另外，薄片状的粉末的平均粒径按照下述来测量。即，利用扫描型电子显微镜(SEM)拍摄粉末的照片，在该照片上引出直线，测量50个粒子和直线交叉的长度，取其平均而得到平均粒径。

另外，将所述银玻璃膏的片转印层叠到层叠体13的外部电极15的面上，在700℃的条件下进行30分钟的烘焙，形成一对外部电极15。

之后，将导线连接到外部电极15，通过该导线向正极以及负极的外部电极15施加3kV/mm的直流电场15分钟，进行极化处理，制成采用了图1所示的层叠型压电元件的压电执行机构。在向所得到的层叠型压电元件施加170V的直流电压时，在所有的压电执行机构中，在层叠方向得到变位量。

进而，以300Hz的频率在室温条件下对该压电执行机构施加0～+170V的交流电压，进行连续驱动的试验，直到进行2×10⁹次。试验按每100个进行。试验后，算出达到了破坏的样品的比例，作为试验后的破坏率在表1中表示。另外，同时采用金属显微镜、SEM等观察层叠部，计算产生剥离的层的数量。进而，将用初始的层叠型压电元件的变位量和试验后的层叠型压电元件的变位量和试验后的层叠型压电元件的变位量的差的绝对值除以初始的层叠型压电元件的变位量而得到的值乘以100倍后的值，作为驱动试验前后的变位量的变化率，在表1中表示。结果在表1中表示。

表1

根据该表，作为比较例的试料No.I-1，层叠型压电元件中的高电阻金属层的数量为1个，所以不能很好地分散应力，进而产生的裂缝在元件整体上蔓延，所以试验后的破坏概率大到10％。另外，在层叠体中的层产生剥离的层的数量多为100个。进而，驱动试验前后的变位量的变化率大到10％，耐用性降低。

对此，作为本发明的实施例的试料号码I-2～32，连续驱动2×10⁹次后的破坏率在3％以下，与作为比较例的试料号码I-1相比，在耐用性方面十分出色。

尤其，规则地配置了高电阻金属层的试料、例如试料No.I-6与没有规则的配置的试料No.I-9相比，没有试验后的破坏，试验前后的变位量的变化率小，从而在耐用性方面出色。

另外，规则地配置20层的高电阻金属层、高电阻金属层的空隙率比其他金属层大的试料No.I-10～16，驱动试验前后的变位量的变化率小到2.0％以下，作为层叠型压电元件耐用性出色。另外，在将高电阻金属层的空隙率设为40～99％的试料No.I-11～16中，驱动试验前后的变位量的变化率进一步小到1.8％以下，从而耐用性出色。

另外，在规则地配置20层高电阻金属层、高电阻金属层的高电阻金属中的高电阻成分的含有率比其他金属层中的高电阻成分的含有率多的试料No.I-17～16中，没有破坏的试料，驱动试验前后的变位量的变化也显著小到0.4～0.9％，作为层叠型压电元件耐用性出色。另外，作为高电阻成分而采用了PZT、钛酸铅、氧化铝、二氧化钛的试料，耐用性更加出色。

进而，在改变高电阻金属层和其他金属层的厚度、确认了高电阻金属层的厚度小于其他金属层厚度的效果的试料No.I-6、试料No.I-28～32中，与高电阻金属层的厚度大于其他金属层厚度的试料No.I-27相比，驱动试验前后的变位量的变化率小到1.6％以下，耐用性出色。

进而，在将高电阻金属层相对于压电体层的电阻比控制在1/10～1000倍的试料或高电阻金属层的电阻在其他金属层的电阻的1000倍以上的试料中，高电阻金属层不会剥离，耐用性出色。

存放有本发明的层叠型压电元件的喷射装置能效率良好地进行喷射，耐用性也出色，是对地球环境有益的产品。

(实施例2)

如下所述来制作由本发明的层叠型压电元件的压电执行机构。首先，混合以平均粒径为0.4μm的钛酸锆酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)为主要成分的压电陶瓷的煅烧粉末、粘合剂以及可塑剂而制成浆，通过刮刀法等制作成为厚度150μm的压电体21的陶瓷印刷电路基板。

在该陶瓷印刷电路基板的一个面上，通过丝网印刷法印刷银-钯合金(银95质量％-钯5质量％)中添加了粘合剂的导电性膏而形成片，并层叠300枚进行烧制。烧制保持在800℃的条件下，之后以1000℃进行烧制。

此时，在形成金属层22a的部分，以抗蚀剂厚度20μm的制版进行印刷，使其成为10μm的厚度，在形成部分金属层22c的部分，以抗蚀剂厚度10μm的制版进行印刷，使其成为5μm的厚度。部分金属层如表2所示那样配置。部分金属层22c构成的金属层22b，成为配置了图3(b)所示的6个部分金属层22c的形态。进而，试料号码II-5，进一步将1个部分金属层22c细分为纵5个横5个共25个部分金属层。即，在试料号码II-5中，每一层配置150个部分金属层。

接着，在平均粒径2μm的薄片状的银粉末、和以余部平均粒径为2μm的硅为主要成分的软化点为640℃的非晶质的玻璃粉末的混合物中，添加粘合剂，其比重相对于银粉末和玻璃粉末合计质量100质量部为8质量部，进行充分混合，来制作银玻璃导电性膏。将这样制成的银玻璃导电性膏通过丝网印刷法形成在离型薄膜上，干燥后通过离型薄膜剥离，得到银玻璃导电性膏的片。

另外，将所述银玻璃膏的片转印层叠到层叠体23的外部电极形成面上，在700℃的条件下进行30分钟的烘焙，形成外部电极25。

之后，将导线连接到外部电极25，通过该导线向正极以及负极的外部电极25施加3kV/mm的直流电场15分钟，进行极化处理，制成采用了图3所示的层叠型压电元件的压电执行机构。

在向所得到的层叠型压电元件施加170V的直流电压时，在所有的压电执行机构中，在层叠方向得到变位量。

进而，以150Hz的频率在室温条件下对该压电执行机构施加0～+170V的交流电压，进行连续驱动的试验，直到进行1×10⁹次。结果如表2所示。

根据表2，作为比较例的试料号码II-6，施加到层叠界面的应力集中在一点，负荷增大，产生剥离，并且产生响声或噪声。

对此，作为本发明的实施例的试料号码II-1～5，即使在连续驱动1×10⁹次后，元件变位量也不会显著下降，具有作为压电执行机构所需的实效的变位量，能制作出不会产生误动作且具有出色的耐用性的压电执行机构。

尤其，隔着压电体彼此相邻配置了应力缓和层和应力集中层的试料No.II-3不仅能增大元件的变位量，而且能制作元件变位量稳定的层叠型执行机构。进而，隔着压电体夹着应力缓和层的试料No.II-4、5，不仅最能增大元件的变位量，而且几乎不会使元件变位量变化，由于耐用性极其出色，所以能得到元件变位量稳定的层叠型执行机构。

本发明的层叠型压电元件以及喷射装置并不限定于以上的实施方式，在本发明的权利要求记载的范围内能进行各种变更。例如，在上述实施方式中，对在层叠体13、23的对置的侧面形成了外部电极15、25的例子进行了说明，但也可以在相邻的侧面形成一对外部电极15、25。

Claims (10)

1.一种层叠型压电元件，其通过将压电体层和金属层交替层叠多层而形成，

多个所述金属层包括多个高电阻金属层，该高电阻金属层的电阻高于相邻两侧的金属层的电阻。

2.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

多个所述高电阻金属层分别夹着该高电阻金属层以外的多个其他金属层而配置。

3.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述高电阻金属层以一定周期配置。

4.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述高电阻金属层内部的空隙率大于该高电阻金属层以外的多个其他金属层中的空隙率。

5.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述高电阻金属层包括电阻比该高电阻金属层以外的多个其他金属层高的高电阻成分，该高电阻成分的含有率比所述其他金属层中的高电阻成分的含有率高。

6.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述高电阻金属层的厚度比该高电阻金属层以外的多个其他金属层薄。

7.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述高电阻金属层的电阻是所述压电体层的电阻的1/10～1000倍。

8.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述高电阻金属层的电阻是该高电阻金属层的相邻两侧的金属层的电阻的1000倍以上。

9.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

在所述层叠体的侧面，形成与所述多个金属层连接的一对外部电极。

10.一种喷射装置，包括具有喷出孔的容器、和权利要求1～9中的任一项所述的层叠型压电元件，通过所述层叠型压电元件的驱动从所述喷射孔喷出所述容器内填充的液体。

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