CN102341928B

CN102341928B - 层叠型压电元件、具备其的喷射装置以及燃料喷射***

Info

Publication number: CN102341928B
Application number: CN201080009913.XA
Authority: CN
Inventors: 中村成信
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-02-24
Also published as: JP5355681B2; JPWO2010101056A1; US20120024980A1; US8714141B2; EP2405503A1; EP2405503B1; EP2405503A4; WO2010101056A1; CN102341928A

Abstract

本发明提供一种即使在高电场且高压力下长期连续驱动时，导电性连接部件也不会断线的耐久性优越的层叠体压电元件。层叠型压电元件(1)具备：压电体层(3)及内部电极层(5)交替层叠的层叠体(7)；与层叠体(7)的侧面接合且与内部电极层(5)电连接的外部电极(9)；以及在外部电极(9)的表面至少在层叠体(7)的层叠方向上重复形成为凹凸的导电性连接部件(8)。根据该结构，导电性连接部件(8)能够吸收由层叠体(7)的伸缩而产生的应力，因此可以抑制在导电性连接部件(8)产生龟裂而使其断线。

Description

层叠型压电元件、具备其的喷射装置以及燃料喷射***

技术领域

本发明涉及一种例如在驱动元件(压电促动器)、传感器元件以及电路元件等中使用的层叠型压电元件、具备该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射***。

背景技术

作为现有的层叠型压电元件中的外部电极，如专利文献1所公开的，使用具备银等导电材料和玻璃的导电性糊。通过将该导电性糊涂敷到层叠体的侧面并进行烧制而形成外部电极。在该外部电极的更外侧，使用焊锡或导电性粘接剂等连接并固定用于向外部电极提供电压的导线部件。

现有技术文献

专利文献1：JP特开2005-174974号公报

专利文献2：JP特开2002-61551号公报

但是，在专利文献1记载的使用外部电极的层叠型压电元件中，在高电场、高压力下或长时间的连续驱动这样的过于严酷的条件下使用时，产生连接固定于外部电极的外部导线部件剥离，无法对外部电极提供电压，层叠型压电元件无法变位的问题。

尤其，在增大层叠型压电元件的变位距离并以高速驱动时，可考虑在预先对层叠型压电元件施加负荷而压缩的状态下使用，但若在该状态下连续驱动层叠型压电元件，则从与层叠型压电元件连接固定的外部导线部件反复施加拉伸以及压缩应力，结果是，还产生外部导线部件变得更容易剥离的问题。

另一方面，在流通大电流，并以高速驱动层叠型压电元件的情况下，虽然可考虑增厚外部电极的厚度，但仅仅简单地增厚外部电极，则驱动引起的应力变高，结果是产生外部电极从层叠体的侧面剥离、或者断线的问题。

因此，取代增厚外部电极的技术，如专利文献2所示，也可以采取在第一外部电极的平坦的表面设置第二外部电极的结构。但是，即使是这种结构，在长时间以高电场、高变位连续驱动的情况下，在第一外部电极产生的龟裂还会向第二外部电极进展，结果是，产生外部电极断线，无法对一部分的压电体提供电压，变位特性下降的问题。

进而，在外部电极流通大电流并以高速驱动的情况下，还产生外部电极发热，从而被热破坏的问题。

发明内容

因此，本发明是鉴于上述现有的问题而提出的，其目的在于提供一种即使在过于严酷的条件下使用时，外部电极也不会断线或从层叠体侧面剥离，而且外部导线部件也不会从外部电极剥离或者外部电极遭到热破坏的层叠型压电元件。

本发明的层叠型压电元件的特征在于，包括：压电体层及内部电极层交替层叠的层叠体；与该层叠体的侧面接合且与所述内部电极层电连接的外部电极；以及覆盖该外部电极的表面的导电性连接部件，其中，所述导电性连接部件的表面至少在所述层叠体的层叠方向上重复形成为凹凸。

另外，本发明的层叠型压电元件的特征在于，在上述结构中，所述凹凸在所述层叠体的层叠方向上周期性重复。

另外，本发明的层叠型压电元件的特征在于，在上述结构中，所述外部电极的表面在所述层叠体的层叠方向上重复形成为凹凸。

另外，本发明的层叠型压电元件的特征在于，在上述结构中，与所述导电性连接部件的表面的凸部对应的所述外部电极的表面成为凹部。

另外，本发明的层叠型压电元件的特征在于，在上述结构中，所述导电性连接部件的表面的凸部的高度是所述层叠体的层叠方向的中央部的高度高于两端部的高度。

另外，本发明的层叠型压电元件的特征在于，在上述结构中，所述导电性连接部件的表面的所述凹凸的高低差是所述层叠体的层叠方向的中央部的高低差大于两端部的高低差。

另外，本发明的层叠型压电元件的特征在于，在上述结构中，在所述导电性连接部件的表面成为凸出的部位埋设有外部导线部件的一部分。

另外，本发明的层叠型压电元件的特征在于，在上述结构中，所述外部导线部件的被所述导电性连接部件埋设的部分可追随于所述层叠体的伸缩。

另外，本发明的层叠型压电元件的特征在于，在上述结构中，所述导电性连接部件是由在树脂中分散有由银或以银为主成分的合金构成的非球形导电性粒子的导电性树脂形成的。

另外，本发明的层叠型压电元件的特征在于，在上述结构中，所述树脂是具有酰亚胺键的树脂。

本发明的喷射装置的特征在于，具备：具有喷射孔的容器；上述本发明的层叠型压电元件，在所述容器内蓄积的流体通过所述层叠型压电元件的驱动而从所述喷射孔被喷出。

本发明的燃料喷射***的特征在于，具备：蓄积高压燃料的共轨；喷射在该共轨中蓄积的所述高压燃料的上述本发明的喷射装置；向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵；以及对所述喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元。

发明效果

根据本发明的层叠型压电元件，由于层叠型压电元件包括：压电体层及内部电极层交替层叠的层叠体；与层叠体的侧面接合且与内部电极层电连接的外部电极；以及覆盖外部电极的表面的导电性连接部件，其中，导电性连接部件的表面至少在层叠体的层叠方向上重复形成为凹凸，因此，导电性连接部件相对于因层叠体的层叠方向的伸缩而产生的应力具有柔软性(应力缓和效果)，所以即使在高速连续驱动层叠型压电元件的情况下，也可以抑制外部电极以及导电性连接部件断线或从层叠体的侧面剥离。

另外，当在预先对层叠型压电元件施加负荷而将其压缩的状态下使用时，即使从连接固定于层叠型压电元件的外部导线部件反复施加拉伸以及压缩应力，也可以通过导电性连接部件的表面至少在层叠体的层叠方向上重复成为凹凸所带来的应力缓和效果，抑制外部导线部件剥离而断线。

另外，即使在外部电极以及导电性连接部件中流通大电流，并以高速驱动层叠型压电元件的情况下，由于在导电性连接部件的表面设有凹凸，因此导电性连接部件的表面积变大，散热特性提高。结果是，可以抑制外部电极以及导电性连接部件因发热而被热破坏。

进而，在导电性连接部件的表面涂敷有绝缘性树脂的情况下，由于在导电性连接部件的表面设有凹凸，所以通过锚固效应，绝缘性树脂相对于导电性连接部件的接合强度提高。结果是，即使在反复连续驱动层叠型压电元件的情况下，也可以抑制绝缘性树脂从导电性连接部件剥离的情况发生。

另外，在本发明的层叠型压电元件中，当将导电性连接部件的表面的凹凸在层叠体的层叠方向上周期性重复时，可以在层叠方向上以均等的分布吸收因层叠体的伸缩而产生的应力。

另外，在本发明的层叠型压电元件中，当外部电极的表面在层叠体的层叠方向重复形成为凹凸时，通过锚固效应，导电性连接部件相对于外部电极的接合强度提高。结果是，即使在反复连续驱动层叠型压电元件的情况下，也可以抑制导电性连接部件从外部电极剥离的情况发生。

另外，在本发明的层叠型压电元件中，当与导电性连接部件的表面的凸部相对应的外部电极的表面变成凹部时，构成导电性连接部件恰如弹簧那样进行作用的构造，因此，尤其在预先对层叠型压电元件施加负荷而将其压缩的状态下使用时，即使从连接固定于层叠型压电元件的外部导线部件反复施加拉伸以及压缩应力，也可以通过进一步的应力缓和效果，抑制外部导线部件剥离而断线。

另外，在本发明的层叠型压电元件中，当导电性连接部件的表面的凸部的高度是层叠体的层叠方向的中央部的高度高于两端部的高度时，可以进一步提高应力缓和效果。即，在预先对层叠型压电元件施加负荷而将其压缩的状态下使用时，层叠体的中央部的外周距离在层叠体压缩时变得大于层叠体的端部的外周距离，相反，在层叠体伸展时变得小于层叠体的端部的外周距离，层叠体的中央部是变形率最大的部分。在此，通过使导电性连接部件的表面的凸部的高度形成为层叠体的层叠方向的中央部的高度高于两端部的高度，可以提高在驱动中的层叠型压电元件变形最大的部分的应力缓和效果。从而可以进一步抑制外部电极以及导电性连接部件的断线、剥离以及热破坏或外部导线部件的剥离。

基于同样理由，在本发明的层叠型压电元件中，当导电性连接部件的表面的凹凸的高低差是层叠体的层叠方向的中央部的高低差大于两端部的高低差时，可以提高在驱动中的层叠型压电元件变形最大的部分的应力缓和效果。从而，可以进一步抑制外部电极以及导电性连接部件的断线、剥离以及热破坏或外部导线部件的剥离。

另外，在本发明的层叠型压电元件中，当在导电性连接部件的表面凸出的部位埋设有外部导线部件的一部分时，在流通大电流、以高速且高负荷的状态长期连续驱动层叠型压电元件的情况下，即使在导电性连接部件的凹部产生龟裂时，外部电极也不会电气性断线，结果是，可以抑制无法对一部分压电体层供给电压而导致变位特性下降的情况。

另外，在本发明的层叠型压电元件中，当外部导线部件的被导电性连接部件埋设的部分可追随于层叠体的伸缩时，可以抑制因外部导线部件的约束力导致层叠型压电元件的变位特性下降、或负荷施加于导电性连接部件而使导电性连接部件从外部电极剥离。

另外，在本发明的层叠型压电元件中，当导电性连接部件由树脂中分散有由银或以银为主成分的合金构成的非球形导电性粒子的导电性树脂形成时，由于与含有玻璃的、通过烧制形成的电极相比，导电性连接部件变柔软，因此相对于层叠体的伸缩的追随性变得更好，可有效吸收应力。

另外，作为导电性树脂含有的导线性材料，通过采用耐氧化性好、电阻低的银或以银为主成分的合金构成的导电性粒子，即使在高温使用时，导电性粒子也不会氧化，可以实现低电阻。结果是，可以稳定地对层叠体供给电压。

进而，通过将导电性粒子的形状形成为鳞片状或针状等非球形，相邻的导电性粒子彼此并非在一点接触，而是以多点、线或面来接触的方式互相牵连，从而可以大幅度增大导电性连接部件的剪切强度。结果是，即使在以高电场连续驱动层叠型压电元件的情况下，也可以抑制在导电性连接部件上产生龟裂等。

另外，通过将导电性粒子的形状形成为鳞片状或针状等非球形，可以增加导电性粒子彼此的接触面积，使导电性连接部件的电阻降低，因此，即使在流通大电流并以高速驱动层叠型压电元件时，也可以抑制导电性连接部件的发热，从而可以防止导电性连接部件热老化或断线。

另外，在本发明的层叠型压电元件中，当导电性连接部件的树脂是具有酰亚胺键的树脂时，即使在高温下连续驱动层叠型压电元件的情况下，导电性连接部件也不会容易热老化，可以提供长期具有高可靠性的层叠型压电元件。

根据本发明的喷射装置，由于其具备：具有喷射孔的容器；上述本发明的层叠型压电元件，并且在容器内蓄积的流体通过层叠型压电元件的驱动而从喷射孔被喷出，所以，可以抑制导电性连接部件从层叠型压电元件的层叠体的侧面的外部电极剥离。另外，由于可以抑制外部电极因发热而被热破坏，所以可以长期稳定地进行所希望的液体喷射。

根据本发明的燃料喷射***，由于其具备：蓄积高压燃料的共轨；喷射在共轨中蓄积的高压燃料的上述本发明的喷射装置；向共轨供给高压燃料的压力泵；以及对喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元，因此可以长期稳定地进行所希望的高压燃料的喷射。

附图说明

图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式之一例的立体图；

图2是与图1所示的层叠型压电元件的层叠方向平行的截面图；

图3是图2所示的层叠型压电元件中的层叠体与外部电极以及导电性连接部件的接合界面附近的放大截面图；

图4是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的其他例子的与层叠方向平行的截面图；

图5是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的其他例子的与层叠方向平行的截面图；

图6是表示在图3所示的导电性连接部件的表面凸出的部位埋设有外部导线部件的状态的放大截面图；

图7(a)～(d)是表示本发明的层叠型压电元件中的外部导线部件的各种形状的俯视图；

图8是表示本发明的喷射装置的实施方式之一例的概略截面图；

图9是表示本发明的燃料喷射***的实施方式之一例的概略框图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的层叠型压电元件的实施方式的例子。

图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式之一例的立体图。图2是与图1所示的层叠型压电元件的层叠方向平行的截面图。图3是图2所示的层叠型压电元件中的层叠体与外部电极以及导电性连接部件的接合界面附近的放大截面图。

如图3所示，本例的层叠型压电元件1包括：压电体层3与内部电极层5交替层叠的层叠体7；接合于该层叠体7的侧面且与内部电极层5电连接的外部电极9；覆盖外部电极9的表面的导电性连接部件8，其中，导电性连接部件8的表面至少在层叠体7的层叠方向上重复形成为凹凸8a。

根据上述结构，导电性连接部件8对于通过层叠体7的层叠方向的伸缩而产生的应力具有柔软性，因此，即使在以高速连续驱动层叠型压电元件1的情况下，也可以抑制外部电极9以及导电性连接部件8断线或从层叠体7的侧面剥离的情况发生。

另外，即使在外部电极9以及导电性连接部件8中流通大电流，并以高速驱动层叠型压电元件1的情况下，由于在导电性连接部件8的表面设有凹凸8a，因此导电性连接部件8的表面积变大，散热特性提高。结果是，可以抑制外部电极9以及导电性连接部件8因发热而被热破坏。

进而，在导电性连接部件8的表面涂敷有绝缘性树脂的情况下，由于在导电性连接部件8的表面设有凹凸8a，所以通过锚固(anchor)效应，绝缘性树脂相对于导电性连接部件8的接合强度提高。结果是，即使在反复连续驱动层叠型压电元件1的情况下，也可以抑制绝缘性树脂从导电性连接部件8剥离的情况发生。

在导电性连接部件8的表面设置的凹凸8a例如在截面视图中形成为曲线状，从有效缓和应力的观点出发，相对于凹凸8a的平均线(以使纵截面中凸部的面积总和与凹部的面积总和相等的方式而引的假想线)而言，凸部的高度为5μm～200μm左右，优选为10μm～50μm左右。同样，凹部的深度为5μm～200μm左右，优选为10μm～50μm左右。通过将凸部的高度、凹部的深度设在这样的范围内，可以有效缓和层叠体7在层叠方向上伸缩时产生的应力。因此，可以抑制在导电性连接部件8上产生龟裂而断线，或导电性连接部件8从外部电极9剥离这样的问题的产生。

另外，凹凸8a优选在层叠体7的层叠方向上周期性地重复形成。这是因为，通过将凹凸8a在层叠体7的层叠方向上周期性地重复形成，可以在层叠方向上以均等的分布吸收因层叠体7的伸缩而产生的应力。此时，从有效缓和因层叠体7的伸缩而产生的应力的观点出发，凹凸8a在层叠方向上的重复的间隔(周期)是压电体层3的厚度的0.8倍～20倍左右，优选是2倍～8倍左右。

在层叠体7的层叠方向上周期性地重复形成有凹凸8a的导电性连接部件8是由分散了导电性材料的树脂或焊锡等构成的，例如，可以通过如下方法得到：通过丝网印刷将含有树脂的导电性糊平坦地印刷，干燥后，进而在其表面将含有树脂的导电性糊只图案印刷到相当于凸部的部分，进行干燥以及烧制。

另外，凹凸8a在层叠方向上的重复的间隔(周期)可以一定，也可以在层叠方向上变化。当凹凸8a在层叠方向上的重复的间隔(周期)以随着朝向层叠方向的中央部而变小的方式变化时，随着朝向发热最大的层叠方向的中央部，凹凸8a的重复的周期变密，导电性连接部件8的散热特性随着朝向层叠方向的中央部而提高。结果是，具有在发热最大的层叠体7的层叠方向的中央部难以产生热破坏的效果，因此优选。此外，所谓中央部是指在层叠方向上三等分时的正中区域，例如，优选的是随着朝向层叠方向的中央部以周期变成一半的方式变化。

另外如图4所示，在外部电极9的表面在层叠体7的层叠方向上重复而变成凹凸的情况下，由于锚固效应，导电性连接部件8相对于外部电极9的接合强度提高。结果是，即使在反复连续驱动层叠型压电元件1的情况下，也可以进一步抑制导电性连接部件8从外部电极剥离。

进而，在预先对层叠型压电元件1施加负荷而将其压缩的状态下使用时，即使从连接固定于层叠型压电元件1的外部导线部件10反复施加拉伸以及压缩应力，也可以通过进一步的应力缓和效果，抑制外部导线部件10剥离而断线。

另外，如图5所示，通过与导电性连接部件8表面的凸部相对应的外部电极9的表面形成凹部，构成导电性连接部件8恰如弹簧那样进行作用的构造，因此，尤其在预先对层叠型压电元件1施加负荷而将其压缩的状态下使用时，即使从连接固定于层叠型压电元件1的外部导线部件10反复施加拉伸以及压缩应力，也可以通过进一步的应力缓和效果，抑制外部导线部件10剥离而断线。

另外，凹凸8a的凸部的高度、凹部的深度可以固定，也可以在层叠方向上变化。凹凸8a的凸部的高度、凹部的深度在以随着朝向层叠方向的中央部而变大的方式变化的情况下，随着朝向层叠方向的中央部，导电性连接部件8的散热特性提高。因此，可以起到在发热最大的层叠体7的层叠方向的中央部难以产生热破坏的效果，

另外，在预先对层叠型压电元件1施加负荷而将其压缩的状态下使用时，层叠体7的中央部的外周距离在层叠体7压缩时大于层叠体7的端部的外周距离，相反，在层叠体7伸展时小于层叠体7的端部的外周距离，由于层叠体7的中央部是变形率最大的部分，所以，通过将导电性连接部件8表面的凸部高度形成为层叠体7的层叠方向的中央部的凸部高度高于两端部的凸部高度，即使在驱动中的层叠型压电元件1变形最大的区域，也可以将锚固效应提高到最大，因此优选。需要说明的是，只要对应于压电体层3的变形的比例提高中央部的凸部的高度即可，但优选是大致2倍。

基于同样的理由，通过将导电性连接部件8的表面的凹凸高低差形成为层叠体7的层叠方向的中央部的凹凸高低差大于两端部的凹凸高低差，可以提高在驱动中的层叠型压电元件1变形最大的部分的应力缓和效果。需要说明的是，只要对应于压电体层3的变形的比例增大中央部的凹凸的高低差即可，但优选是大致2倍。

优选导电性连接部件8表面的凸部的顶点成为圆弧状，该情况下，当层叠型压电元件1驱动而变形时，通过圆弧部分的曲率变化，可以提高应力缓和效果。进而，对于导电性连接部件8表面的凸部顶点的曲率而言，当层叠体7的层叠方向的中央部的曲率小于两端部的曲率时，优选在中央部的曲率是两端部的曲率的二分之一时，在驱动中的层叠型压电元件1变形最大的部分，可以减小表面形状的变形率，因此，可以提高在驱动中的层叠型压电元件1变形最大的部分的应力缓和效果。因而可以进一步抑制外部电极9以及导电性连接部件8的断线、剥离以及热破坏或外部导线部件10的剥离。

另外，如图6所示，优选在导电性连接部件8的表面变凸出的部位埋设外部导线部件10的一部分。根据该结构，在流通大电流、从而以高速且高负荷的状态长期连续驱动层叠型压电元件1的情况下，即使在导电性连接部件8的凹部产生龟裂时，外部电极8也不会电气性断线。结果是，可以抑制无法对一部分压电体层3供给电压而导致变位特性下降的情况。

需要说明的是，对于上述外部导线部件10而言，虽然可以在导电性连接部件8的变凸出的部位的一部分埋设外部导线部件10的一部分，但更为优选的是，在导电性连接部件8的大致整个变凸出的部位埋设外部导线部件10的一部分。

进而，对于一部分被埋设于凹凸8a的变凸出的部位(凸部)的外部导线部件10而言，为了在凹部产生龟裂的情况下也能够给外部电极9供电，优选通过共用电极(母线电极)等在凹部以外的部位进行电连接以及机械连接而共用化。共用化的结构不限于利用共用电极(地址母线电极)等进行，也可以是外部导线部件10在凹部以外的部位连接起来的结构。

在设导电性连接部件为100体积％的情况下，在导电性连接部件8中埋设的外部导线部件10的相对于导电性连接部件8的体积比优选为2体积％～30体积％。通过在该范围内，可以有效抑制外部电极8电气断线，而且，可以抑制因外部导线部件10的体积比过大而导致导电性连接部件8相对于层叠体7的伸缩的追随性下降的情况。

在导电性连接部件8的表面变凸出的部位埋设外部导线部件10的一部分的结构可通过如下方法等得到：首先，通过丝网印刷法等在外部电极9的表面均匀印刷含有树脂粘接剂的导电性糊，之后在规定的位置设置外部导线部件10，进而在其表面的与外部导线部件10相当的部分图案印刷含有树脂粘接剂的导电性糊。

另外，如图7所示，外部导线部件10可采用各种结构。图7(a)是将金属线材平行配置的结构，图7(b)是由编成网状的金属线构成的结构，图7(c)以及图7(d)是通过蚀刻法或使用冲裁模具的冲裁法将金属板的一部分打穿的结构。它们是在层叠体7的伸缩方向上降低弹性率的结构，在层叠体7的伸缩方向上可以弹性变形。

即，通过使用图7所示结构的外部导线部件10，能够追随于层叠体7的伸缩。结果是，可以抑制因外部导线部件10的约束力导致层叠型压电元件1的变位特性下降、或负荷施加于导电性连接部件8而使导电性连接部件8从外部电极9剥离。

需要说明的是，外部导线部件10也可以是图7所示以外的构造，例如只要是设有空隙等而在层叠体7的伸缩方向上降低了弹性率的构造即可。

另外，导电性连接部件8优选通过将由银或以银为主成分的合金构成的非球形导电性粒子分散到树脂中的导电性树脂形成。此时，与含有玻璃的通过烧制形成的电极相比，由于导电性连接部件8变柔软，所以相对于层叠体7的伸缩的追随性进一步变好，可以有效吸收应力。

另外，作为导电性树脂中含有的导电性材料，通过使用由耐氧化性好、电阻低的银或以银为主成分的合金构成的导电性粒子，即使在高温下使用时，导电性粒子也不会氧化，可以实现低电阻。结果是，可以稳定地对层叠体7供给电压。

进而，如果导电性粒子的形状形成为鳞片状或针状等非球形，则相邻的导电性粒子彼此并非在一点接触，而是以多点、线或面来接触的方式互相牵连，从而可以大幅度增大导电性连接部件8的剪切强度。结果是，即使在以高电场连续驱动层叠型压电元件1的情况下，也可以抑制在导电性连接部件8上产生龟裂等。

另外，如果导电性粒子的形状形成为鳞片状或针状等非球形，则由于导电性粒子彼此的接触面积增加，所以可以使导电性连接部件8的电阻降低，即使在流通大电流并以高速驱动层叠型压电元件1时，也可以抑制导电性连接部件8的发热，从而可以防止导电性连接部件8热老化或断线。

对于构成导电性粒子的、银或以银为主成分的合金，在导电性粒子是由银构成的情况下，导电性粒子由纯银或含有杂质等的银构成。另外，在导电性粒子由以银为主成分的合金构成的情况下，导电性粒子由Ag-Pd合金、Ag-Pt合金、Ag-Cu合金等合金构成。

需要说明的是，所谓以银为主成分意味着银的含量超过50质量％的情况、或者是银的含量为最大的情况。

优选导电性粒子的平均粒径为1μm～20μm。若是该范围内，则可使导电性连接部件8的电阻变低，且可以提高导电性连接部件8的剪切强度。需要说明的是，在导电性粒子是非球形且用金属显微镜或扫描型电子显微镜(SEM)测定并求解平均粒径的情况下，例如，可以将一个导电性粒子的粒径的最大径和最小径的平均值规定为该导电性粒子的粒径，并基于该平均值来算出导电性粒子的平均粒径。

优选导电性连接部件8中含有的导电性粒子的含量是85质量％～98质量％。若是该范围，则可以充分降低导电性连接部件8的电阻，而且，可以抑制由导电性树脂构成的导电性连接部件8相对于层叠体7的伸缩的追随性下降的情况发生。

另外，导电性连接部件8中也可以含有非球形的导电性粒子和粒径小于非球形导电性粒子的球形的导电性粒子。此时，通过使小粒径的导电性粒子进入在非球形导电性粒子彼此之间形成的间隙中，可以使电导通的导电性粒子的量增多，从而可以进一步降低导电性连接部件8的电阻。

另外，由导电性树脂形成导电性连接部件8时的树脂优选是聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺等具有酰亚胺键的树脂。如此，通过利用具有高耐热性的聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺等具有酰亚胺键的树脂作为形成导电性连接部件8的树脂，即使在高温下连续驱动层叠型压电元件1，导电性连接部件8也不会容易热老化。结果是，可以提供长期具有高可靠性的层叠型压电元件1。

下面，对本实施方式的层叠型压电元件1的制造方法进行说明。

首先，制作成为压电体层3的陶瓷生片。具体地说，将压电陶瓷的焙烧粉末、由丙稀系、丁缩醛系等有机高分子构成的粘合剂以及可塑剂混合在一起制作料浆。然后，通过采用刮板法或压辊法等带成型法，由该料浆制作陶瓷生片。作为压电陶瓷只要是具有压电特性的陶瓷即可，例如可采用由PbZrO₃-PbTiO₃构成的钙钛矿型氧化物等。另外，作为可塑剂，可以采用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等。

下面，制作成为内部电极层5的导电性糊。具体地说，通过在银-钯的金属粉末中添加混合粘合剂以及可塑剂，可以制作导电性糊。在上述的陶瓷生片上，采用丝网印刷法以内部电极层5的图案配设该导电性糊。进而，将多片印刷了该导电性糊的陶瓷生片层叠，以规定的温度进行脱粘合剂后，以900～1200℃的温度烧制，从而可以形成具备了交替层叠的压电体层3以及内部电极层5的层叠体7。

需要说明的是，层叠体7不限定于通过上述制造方法制造，只要能够制作将多个压电体层3和多个内部电极层5交替层叠而成的层叠体7，用何种制造方法形成都可以。

接着，在烧制得到的层叠体7上，利用平面磨床进行磨削，以形成为规定的形状。

之后，在以银为主成分的导电性粒子以及玻璃粉末中加入粘合剂、可塑剂以及溶剂，制作含有银玻璃导电性糊，通过丝网印刷法等以外部电极9的图案将上述含有银玻璃导电性糊印刷在层叠体7的侧面。之后，以规定的温度进行干燥以及烧制，从而可以形成外部电极9。

下面，利用丝网印刷法等，将烧制硬化后成为导电性连接部件8的含有树脂粘接剂的导电性糊以能够在层叠方向上重复而在表面形成凹凸的方式印刷在外部电极9的表面，之后使其硬化，由此可形成在层叠方向上重复而在表面具备凹凸的导电性连接部件8。即，作为在导电性连接部件8的表面形成凹凸的方法，例如有如下方法：首先，通过丝网印刷平坦地印刷含有树脂粘接剂的导电性糊，干燥后，进一步在其表面上将含有树脂导电性糊只图案印刷到与凸部相当的部分，进行干燥以及烧制。

此外，作为含有树脂粘接剂的导电性糊，通过采用整平性好的糊，可在表面形成具有平滑凹凸的导电性连接部件8。相反，通过采用含有整平性差的树脂粘接剂的导电性糊，则可以形成在表面形成有具有清晰台阶差的凹凸的导电性连接部件8。需要说明的是，整平性可以通过调整导电性糊所含有的溶剂成分的量来进行调整。

另外，作为在导电性连接部件8的凸部埋设外部导线部件10的一部分的方法，首先，在外部电极9的表面通过丝网印刷法等均匀印刷含有树脂粘接剂的导电性糊，之后，在规定的位置设置外部导线部件10，进而在其表面的与外部导线部件10相当的部分图案印刷含有树脂粘接剂的导电性糊即可。由此，可以形成在表面具有凹凸的导电性连接部件8，并且可以制作在与导电性连接部件8的凸部相当的部分埋设了外部导线部件10的一部分的层叠型压电元件1。

需要说明的是，外部导线部件10可以使用将金属线材在与层叠方向垂直的方向上大致并行配置的部件，或使用将金属线编成网状的部件，或使用通过蚀刻法或使用了冲裁模具的冲裁法将金属板的一部分打穿的结构的部件。它们是在层叠方向上具有伸缩性的形状。

此外，将金属线编成网状的部件可以是平纹织也可以是斜纹织。而且，形成网的金属线与层叠方向所成的角度从相对于层叠方向具有柔软性的观点出发优选为10度以上，更优选为30度～60度。

进而，外部导线部件10的材质优选是银、镍、铜、磷青铜、铁、不锈钢等金属或合金。另外，也可以在外部导线部件10的表面形成由银或镍等构成的镀膜。

接着，将形成有外部电极9、导电性连接部件8的层叠体7浸渍在含有成为外装树脂的硅酮树脂的树脂溶液中。然后，通过对树脂溶液进行真空脱气，使硅酮树脂密接在层叠体7的外周侧面，之后，从树脂溶液中提起层叠体7。由此，在形成有外部电极9及导电性连接部件8的层叠体7的侧面涂敷硅酮树脂。

之后，对连接于一对外部电极9的导电性连接部件8施加0.1～3kV/mm的直流电压，并对构成层叠体7的压电体进行分极，由此完成本例的层叠型压电元件1。根据该层叠型压电元件1，经作为导电性连接部件8的导线将外部电极9和外部的电源连接起来，并对压电体层3施加电压，由此可以通过反压电效应使各压电体层3较大变位。由此，例如可以使其作为向发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀起作用。

下面，对于本发明的喷射装置的实施方式的例子进行说明。图8是表示本发明的喷射装置的实施方式之一例的概略截面图。

如图8所示，本例的喷射装置9在一端具有喷射孔21的收纳容器(容器)23的内部收纳有上述的本实施方式的层叠型压电元件1。

在收纳容器23内配设有可以对喷射孔21进行开闭的针阀25。对应于针阀25的动作，流体通路27可以与喷射孔21连通。该流体通路27连结于外部的流体供给源，对流体通路27始终以高压供给流体。因此，当针阀25将喷射孔21打开时，向流体通路27供给的流体从喷射孔21被排出到外部或相邻的容器、例如内燃机的燃料室(未图示)。

另外，针阀25的上端部的内径变大，配置有可与在收纳容器23形成的汽缸29滑动的活塞31。而且，在收纳容器23内收纳有前述的本实施方式的层叠型压电元件1。

在这种喷射装置19中，当层叠型压电元件1被施加电压而伸长时，活塞31被按压，针阀25将与喷射孔21相通的流体通路27闭塞，停止流体的供给。另外，当停止电压的施加时，层叠型压电元件1收缩，盘簧33将活塞31压回，流体通路27开放，喷射孔21与流体通路27连通，从喷射孔21进行流体的喷射。

需要说明的是，也可以构成为通过对层叠型压电元件1施加电压而打开流体通路27，通过停止施加电压而封闭流体通路27。

另外，本实施方式的喷射装置也可以构成为具备：具有喷射孔的容器；以及本实施方式的层叠型压电元件1，通过层叠型压电元件1的驱动，使填充于容器内的流体从喷射孔喷出。即，层叠型压电元件1没必要必须位于容器23的内部，只要构成为通过层叠型压电元件1的驱动对容器的内部施加用于控制流体喷射的压力即可。需要说明的是，在本实施方式中，所谓流体除燃料、墨液等之外，还包括其他各种液状流体(导电性糊等)以及气体。通过使用本实施方式的喷射装置19，可以长期稳定地控制流体的流量以及喷出时刻。

若将采用了本实施方式的层叠型压电元件1的本实施方式的喷射装置19用于内燃机，则与现有的喷射装置相比，可以向发动机等内燃机的燃烧室更长期精度更好地喷射燃料。

下面，对本发明的燃料喷射***的实施方式的例子进行说明。图9是表示本发明的燃料喷射***的实施方式之一例的概略图。

如图9所示，本实施方式的燃料喷射***35具备：存储作为高压流体的高压燃料的共轨(common rail)37；用于喷射在该共轨37中存储的高压流体的多个本实施方式的喷射装置19；向共轨37供给高压流体的压力泵39；以及给喷射装置19提供驱动信号的喷射控制单元41。

喷射控制单元41根据外部信息或来自外部的信号控制高压流体的喷射的量以及时刻。例如，在发动机的燃料喷射采用喷射控制单元41的情况下，可以一边用传感器等感知发动机的燃烧室内的状况，一边控制燃料喷射的量以及时刻。压力泵39起到以高压从燃料箱43向共轨37供给流体燃料的作用。例如在发动机的燃料喷射***35的情况下，以1000～2000大气压(约101MPa～约203MPa)左右、优选1500～1700大气压(约152MPa～约172MPa)左右的高压向共轨37送入流体燃料。在共轨37中，蓄积从压力泵39送来的高压燃料，并将其适当送入喷射装置19。喷射装置19如前所述从喷射孔21将一定的流体喷射到外部或相邻的容器。例如，在喷射供给燃料的对象是发动机的情况下，将高压燃料从喷射孔21向发动机的燃烧室内以雾状进行喷射。

需要说明的是，本发明不限定于上述实施方式的例子，在不脱离本发明要旨的范围内可以进行各种变更。例如，虽然在上述例子中在层叠体7的相对的两个侧面上各形成一个外部电极9，但也可以在层叠体7的相邻侧面上形成两个外部电极9，也可以在层叠体7的同一侧面上形成两个外部电极9。另外，层叠体7的与层叠方向正交的方向上的截面形状在上述实施方式的例子中是四边形，但除此之外，也可以是六边形或八边形等多边形、圆形或将直线与圆弧组合起来的形状。

本实施方式的层叠型压电元件1例如用于驱动元件(压电促动器)、传感器元件以及电路元件等。作为驱动元件，例如有汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨那样的液体喷射装置、光学装置那样的精密定位装置、防振装置。作为传感器元件，例如有燃烧压力传感器、敲击传感器、加速度传感器、负载传感器、超声波传感器、压敏传感器以及偏航率传感器。另外，作为电路元件，例如有压电陀螺、压电开关、压电变压器以及压电断路器。

实施例

按照以下方式制作具备本发明的层叠型压电元件的压电促动器。首先，将以平均粒径为0.4μm的钛酸锆酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)为主成分的压电陶瓷的焙烧粉末和粘合剂以及可塑剂混合在一起制作料浆。使用该料浆通过刮板法制作厚度为100μm的成为压电体层3的陶瓷生片。

另外，在银-钯合金中加入粘合剂，制作成为内部电极层的导电性糊。

接着，通过丝网印刷法在陶瓷生片的单面上印刷成为内部电极层的导电性糊，将300张这种印刷了导电性糊的陶瓷生片层叠。然后，在980～1100℃下烧制，得到层叠体。

使用平面磨床磨削得到的层叠体，制成长8mm宽8mm高30mm的长方体形状，之后，在形成外部电极的层叠体的侧面涂敷含有银玻璃导电性糊，在650℃下烧制，形成厚20μm、宽2mm的外部电极。

之后，在外部电极的表面上，通过丝网印刷法印刷含有使平均粒径5μm的鳞片状的银粉末分散在聚酰亚胺树脂中的树脂粘接剂的导电性糊，进行干燥。之后，进一步在其表面通过丝网印刷法，仅在层叠方向上重复的凹凸中的凸部的部分图案印刷含有树脂粘接剂的导电性糊，并进行整平，之后干燥。之后，在200℃下进行烧制，在外部电极的表面形成宽2mm的导电性连接部件。

在得到的导电性连接部件的表面，形成凸部的平均高度为25μm、凹部的平均深度为25μm的凹凸，导电性连接部件的与外部电极相接的一侧的面到凹部的底为止的厚度是50μm。另外，凹凸重复的间隔(周期)平均是400μm。如此，制作具备在层叠方向重复形成有凹凸的导电性连接部件的压电促动器(试料编号2)。

另外，作为比较例，制作本发明范围之外的、具备表面没有凹凸的导电性连接部件的压电促动器(试料编号1)。其是在上述的本发明的层叠型压电元件的制法中，在不进行用于形成凸部的导电性粘接剂糊的图案印刷的情况下形成导电性连接部件的例子。

接着，使用上述含有树脂粘接剂的导电性糊，将导线连接固定于各层叠型压电元件的导电性连接部件的层叠方向的端部。

之后，对于各层叠型压电元件，经导电性连接部件对外部电极施加15分钟的3kV/mm的直流电场，进行分极处理。如此，制作采用了层叠型压电元件的压电促动器。在对得到的压电促动器施加160V的直流电压时，在层叠体的层叠方向得到40μm的变位量。进而，在室温下对该压电促动器以150Hz的频率施加0V～+160V的交流电压，进行连续驱动1×10⁸次的试验。表1表示得到的结果。

【表1】

如表1所示，在作为本发明比较例的试料编号1的压电促动器中，由于在设于外部电极的表面的导电性连接部件的表面没有在层叠方向重复形成凹凸，因此在1×10⁸次驱动后，导电性连接部件不能耐受层叠体的伸缩而产生裂纹，进而断线并产生火花。

而在作为本发明实施例的试料编号2的压电促动器中，由于在外部电极的表面形成有在层叠方向上重复而具备凹凸的导电性连接部件，因此凹凸吸收了因层叠体的伸缩而产生的应力。结果是，即使在1×10⁸次驱动后，在导电性连接部件也不产生裂纹，没看到产生火花等异常。

进而，按照以下方式制作在导电性连接部件的凸部埋设有外部导线部件的一部分的压电促动器。在形成外部电极之前，按照与试料编号2的压电促动器相同的制法制作。之后，在外部电极的表面，均匀涂敷与制作试料编号2的压电促动器时采用的含有树脂粘接剂的导电性糊相同的导电性糊。之后，在含有树脂粘接剂的导电性糊的表面配置外部导线部件。进而，为了在埋设外部导线部件的一部分的部分形成凸部，图案印刷含有树脂粘接剂的导电性糊，干燥后，以与试料编号2的压电促动器的制造方法同样的条件，在200℃下进行烧制。

此时，在试料编号3的压电促动器中，以400μm的间距，在正交于层叠方向的方向上平行配置多个厚度50μm、宽度50μm的由磷青铜构成的线材，形成外部导线部件(图7(a))。

在试料编号4的压电促动器中，形成外部导线部件，该外部导线部件是将线径50μm的磷青铜的线材编成180支的平纹织的网状的外部导线部件，且线材与层叠方向所成的角度为45度(图7(b))。

在试料编号5的压电促动器中，对于厚度50μm的磷青铜的板，以能够在层叠方向上伸缩的方式而通过蚀刻法将其一部分去掉，形成外部导线部件(图7(c))。

在将这些试料编号3～5的压电促动器如上述那样分极处理之后，对于试料编号1～5的压电促动器，在室温下以150Hz的频率施加0V～+160V的交流电压，进行连续驱动1×10⁹次的试验。表2表示得到的结果。

【表2】

如表2所示，在采用了在导电性连接部件的凹凸的凸部埋设有外部导线部件的一部分的试料编号3～5的本发明层叠型压电元件的压电促动器中，在严酷条件下，即使在连续驱动1×10⁹次的情况下，外部电极也没有断线，长期可靠性优越。

另一方面，具备表面没有凹凸的导电性连接部件的压电促动器(试料编号1)在连续驱动1×10⁸次之后，导电性连接部件断线，产生火花。

具备虽然在层叠方向上重复而在表面形成有凹凸、但在凹凸的凸部没有埋设外部导线部件的一部分的导电性连接部件的压电促动器(试料编号2)在连续驱动1×10⁸次之后，层叠体的变位量下降为5/6。

符号说明

1-层叠型压电元件

3-压电体层

5-内部电极层

7-层叠体

8-导电性连接部件

9-外部电极

10-外部导线部件

19-喷射装置

21-喷射孔

23-收纳容器(容器)

25-针阀

27-流体通路

29-汽缸

31-活塞

33-盘簧

35-燃料喷射***

37-共轨

39-压力泵

41-喷射控制单元

43-燃料箱

Claims

1.一种层叠型压电元件，其特征在于，包括：

压电体层及内部电极层交替层叠的层叠体；

与该层叠体的侧面接合且与内部电极层电连接的外部电极；以及

覆盖该外部电极的表面的导电性连接部件，

其中，导电性连接部件的表面至少在层叠体的层叠方向上重复形成为凹凸，

在所述导电性连接部件的表面成为凸出的部位埋设有外部导线部件的一部分。

2.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述凹凸在所述层叠体的层叠方向上周期性重复。

3.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述外部电极的表面在所述层叠体的层叠方向上重复形成为凹凸。

4.如权利要求3所述的层叠型压电元件，其特征在于，

与所述导电性连接部件的表面的凸部对应的所述外部电极的表面成为凹部。

5.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述导电性连接部件的表面的凸部的高度是所述层叠体的层叠方向的中央部的高度高于两端部的高度。

6.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述导电性连接部件的表面的所述凹凸的高低差是所述层叠体的层叠方向的中央部的高低差大于两端部的高低差。

7.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述外部导线部件的被所述导电性连接部件埋设的部分可追随于所述层叠体的伸缩。

8.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述导电性连接部件是由在树脂中分散有由银或以银为主成分的合金构成的非球形导电性粒子的导电性树脂形成的。

9.如权利要求8所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述树脂是具有酰亚胺键的树脂。

10.一种喷射装置，其特征在于，具备：

具有喷射孔的容器；

权利要求1所述的层叠型压电元件，

其中，在容器内蓄积的流体通过层叠型压电元件的驱动而从喷射孔被喷出。

11.一种燃料喷射***，其特征在于，具备：

蓄积高压燃料的共轨；

喷射在该共轨中蓄积的高压燃料的权利要求10所述的喷射装置；

向共轨供给高压燃料的压力泵；以及

对喷射装置提供驱动信号的喷射控制单元。