CN102668148A - 层叠型压电元件、使用其的喷射装置以及燃料喷射*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种外部电极板相对于层叠体变位的追随性良好且可抑制在导电性接合件产生裂缝而断裂的情况的层叠型压电元件、使用了其的喷射装置以及燃料喷射***。本发明的层叠型压电元件包括：由压电体层(21)及内部电极层(22a、22b)交替层叠而成的层叠体(2)；沿层叠方向较长地被覆在层叠体(2)的侧面上且与内部电极层(22a、22b)的向侧面露出的端部电连接的外部电极层(3a、3b)；沿着外部电极层(3a、3b)而通过导电性接合件(4)接合的外部电极板(5a、5b)，其中，外部电极板(5a、5b)以从两侧的长边朝向中央交替且沿层叠体(2)的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成有多个狭缝(51)，且在这些狭缝(51)之间的前端彼此重合的部位沿着狭缝(51)的朝向而形成有孔(52)。
Description
技术领域
本发明涉及例如作为压电驱动元件(压电致动器)、压力传感器元件、压电电路元件等所采用的层叠型压电元件、使用其的喷射装置以及燃料喷射***。
背景技术
作为层叠型压电元件，已知有包括交替层叠有压电体层及内部电极层而成的层叠体、沿层叠方向较长地被覆在该层叠体的侧面上且与内部电极层的向所述侧面露出的端部电连接的外部电极层、及沿着该外部电极层而由导电性接合件接合的外部电极板的结构。
该层叠型压电元件通过如下方式获得，即，在陶瓷生片上印刷成为内部电极层的导电性膏剂，将涂敷了该导电性膏剂的陶瓷生片层叠多个来制作层叠成形体，对该层叠成形体进行烧成，在实施了磨削加工等加工之后，形成外部电极层，并将外部电极板由导电性接合件来接合。
在此，提出了作为导电性接合件采用包括银80％、环氧系树脂20％的组成的树脂银，作为外部电极板采用带有狭缝的金属板或带有孔的金属板(参考专利文献1)。
并且，在专利文献1中，作为带有狭缝的金属板，记载有以与压电体层及内部电极层沿平行方向对齐，从两侧的长边朝向中央交替且沿所述层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成有多个狭缝的结构，作为狭缝的例子，记载有圆型或三角型、四边型等各种形状的狭缝、各种形状混杂的狭缝、内部为圆形的狭缝。另外，作为带有孔的金属板，记载有形成有圆型的孔、四角的孔、六边形的孔、椭圆的孔、斜型的孔等的结构。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2002-61551号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
但是，在作为外部电极板而采用了带有狭缝的金属板的层叠型压电元件中，在驱动层叠型压电元件之际，存在如下的问题：外部电极板的两侧的长边附近产生翘曲而向离开层叠体的方向施加应力，故在使外部电极层与外部电极板接合的导电性接合件上产生裂缝，其结果是，导致断裂，且由于在断裂的部位产生的放电而使导电性接合件烧毁或产生噪音，并且无法向全部的内部电极层均等地传播输入信号(电压)，而有可能使层叠体变得无法稳定地变位。
另一方面，在作为外部电极板而采用了带有孔的金属板的层叠型压电元件中，存在如下的问题：外部电极板的两侧的长边的自由度小，且外部电极板相对于层叠体变位的追随性差。
本发明就是鉴于上述情况而作出的，其目的在于，提供外部电极板相对于层叠体变位的追随性良好且可抑制在导电性接合件产生裂缝而断裂的情况的层叠型压电元件、使用了其的喷射装置以及燃料喷射***。
【用于解决课题的手段】
本发明的层叠型压电元件包括：由压电体层及内部电极层层叠而成的层叠体；沿层叠方向较长地被覆在该层叠体的侧面上且与所述内部电极层的向所述侧面露出的端部电连接的外部电极层；沿着该外部电极层而通过导电性接合件接合的外部电极板，所述层叠型压电元件的特征在于，所述外部电极板以从两侧的长边朝向中央交替且沿所述层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成有多个狭缝，且在这些狭缝之间的所述前端彼此重合的部位沿着所述狭缝的朝向而形成有孔。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述孔的沿着所述狭缝的朝向的两端在沿所述层叠体的层叠方向观察时分别位于所述狭缝的前端与该前端所对置的所述外部电极板的长边的中间位置。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述孔的在所述层叠方向上的宽度及所述狭缝的在所述层叠方向上的宽度比所述狭缝与所述孔的间隔大。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述导电性接合件配置在所述外部电极层及所述外部电极板之间还配置在所述外部电极板的外侧，且经由所述孔及所述狭缝的所述前端彼此重合的部分而相连。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述导电性接合件沿着所述外部电极板的中央部而覆盖所述孔及所述狭缝的所述前端彼此重合的部分，并使所述狭缝的所述长边附近的部分露出。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述导电性接合件配置在所述外部电极层及所述外部电极板之间，且通过所述孔及所述狭缝的所述前端彼此重合的部分而向所述外部电极板的外侧伸出。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述导电性接合件还配置在所述孔的内部，且在配置于该孔的内部的所述导电性接合件上形成有气孔。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述气孔为开口气孔。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述气孔的在与所述层叠体的所述侧面垂直的截面中的形状为半圆状或者半椭圆状。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述气孔的所述层叠方向的宽度与所述孔的所述层叠方向的宽度一致。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，在所述孔的与所述狭缝的朝向平行的宽度方向的中央部形成有所述气孔。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述导电性接合件还配置在所述狭缝的所述前端彼此重合的部分的内部，且在配置于所述狭缝的内部的所述导电性接合件上形成有气孔。
另外，本发明的层叠型压电元件在上述结构的基础上，所述层叠体包括在驱动时比所述内部电极层优先断裂的预定断裂层，所述气孔形成在与所述预定断裂层对应的部位。
进而，本发明的喷射装置的特征在于，具备具有喷射孔的容器和上述的层叠型压电元件，且蓄积在所述容器内的流体通过所述层叠型压电元件的驱动而从所述喷射孔喷出。
进而，本发明的燃料喷射***的特征在于，具有：蓄积高压燃料的共轨；喷射蓄积在该共轨中的所述高压燃料的本发明的喷射装置；向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵；对所述喷射装置赋予驱动信号的喷射控制单元。
【发明效果】
根据本发明，通过在外部电极板以从两侧的长边朝向中央交替且沿层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成有多个狭缝，且在这些狭缝之间的前端彼此重合的部位沿着狭缝的朝向而形成有孔，从而虽然外部电极板相对于层叠体变位的追随性良好，但外部电极板的两侧的长边附近以翘曲的方式作用的应力(以离开层叠体的方式作用的应力)被分散。因而，能够抑制在导电性接合件产生裂缝而断裂且由于在断裂的部位产生的放电而使导电性接合件烧毁或产生噪音的情况，从而能够抑制由于无法向全部的内部电极层均等地传播输入信号(电压)而使层叠体无法稳定地变位的情况。
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的一例的立体图。
图2是表示图1所示的外部电极板的变化的说明图。
图3是表示图1所示的外部电极板的另一变化的说明图。
图4是表示与图1所示的层叠型压电元件的层叠方向平行的截面的一例的概略剖视图。
图5是表示与图1所示的层叠型压电元件的层叠方向平行的截面的另一例的概略剖视图。
图6是表示图1所示的导电性接合件的形成位置的立体图。
图7是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的另一例的立体图。
图8是图7所示的外部电极板及导电性接合件的主视图。
图9是表示与图7所示的层叠型压电元件的层叠方向平行的截面的一例的概略剖视图。
图10是表示图7所示的外部电极板及导电性接合件的另一例的说明图。
图11是表示本发明的喷射装置的实施方式的一例的概略剖视图。
图12是表示关于本发明的燃料喷射***的实施方式的一例的概略框图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的层叠型压电元件的实施方式的一例进行详细的说明。
图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的一例的立体图，如图1所示，本发明的层叠型压电元件1包括：层叠有压电体层21及内部电极层22a、22b而成的层叠体2；沿层叠方向较长地被覆在层叠体2的侧面上且与内部电极层22a、22b的向侧面露出的端部电连接的外部电极层3a、3b；沿着外部电极层3a、3b而通过导电性接合件4接合的外部电极板5a、5b。需要说明的是，在附图中虽未图示，但在与设有外部电极层3b及外部电极板5b的面对置的相反侧的面设有外部电极层3a及外部电极板5a。
层叠体2具有例如由压电体层21及内部电极层22a、22b交替层叠多个而成的活性部和由在活性部的层叠方向的两端层叠的压电体层21构成的非活性部，其形成为例如纵向0.5～10mm、横向0.5～10mm、高度1～10mm的柱状，且内部电极层22a的端部与内部电极层22b的端部分别在层叠体2的作为彼此相反侧的侧面(对置的侧面)露出。
压电体层21由具有压电特性的陶瓷形成，作为这样的陶瓷，可以采用例如由钛酸锆酸铅(PZT：PbZrO3-PbTiO3)构成的钙钛矿型氧化物、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)等。
内部电极层22a、22b通过与形成压电体层21的陶瓷同时烧成而形成，作为该形成材料，可以采用例如以与压电陶瓷的反应性低的银-钯合金为主成分的导体、或者包含铜、铂等的导体。
在此，如图7及图9所示，层叠体2也可以是包含在驱动时比内部电极层22a、22b优先断裂的预定断裂层23的结构。预定断裂层23配置在多个压电体层21的层间中的至少一处部位，优选以规定的间隔配置多个，且作为强度比内部电极层22a、22b低且由于应力而容易产生裂缝的具有应力缓和功能的层来形成。例如，由烧结不充分的压电体层、空孔多的压电体层或金属层、或者压电体粒子或金属粒子独立分布的层等构成。通过设有这样的预定断裂层23，在使层叠体2伸长而沿层叠体2的层叠方向施加拉伸应力时，能够优先在预定断裂层23产生裂缝，从而防止在内部电极层22a、22b或压电体层21产生裂缝的情况。
外部电极层3a、3b例如通过涂敷由银和玻璃构成的膏剂并对其进行烧结而形成，其沿层叠方向较长地被覆在层叠体2的侧面上。并且，外部电极层3a与内部电极层22a的向侧面露出的端部电连接，外部电极层3b与内部电极层22b的向侧面露出的端部电连接。
外部电极板5a、5b沿着外部电极层3a、3b设置，通过导电性接合件4将外部电极板5a与外部电极层3a接合，通过导电性接合件4将外部电极板5b与外部电极层3b接合。
导电性接合件4通过在热固化性树脂中大致均匀地分散由导体构成的填料而成，例如通过在聚酰亚胺树脂中大致均匀地分散银填料而成。
外部电极板5a、5b由不锈钢、磷青铜等金属构成，例如形成为宽度0.5～10mm、厚度0.01～1.0mm。
在外部电极板5a、5b以从两侧的长边朝向中央交替且沿层叠体2的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成有多个狭缝51。
狭缝51从外部电极板5a、5b的长边的一方侧及长边的另一方侧交替延伸，且形成为例如宽度0.05～1mm、长度0.3～9.5mm。从长边的一方侧延伸的狭缝51与从长边的另一方侧延伸的狭缝51通常为相同的长度。在此，所谓“重合”是指在沿层叠方向观察时在相邻的狭缝51与狭缝51的关系中存在彼此对置的区域。并且，所谓“沿层叠方向观察时前端彼此重合”是指比从长边的一方侧延伸的狭缝51的长度的一半的位置更靠前端侧的至少一部分和比从长边的另一方侧延伸的狭缝51的长度的一半的位置更靠前端侧的至少一部分重合，并不是指仅狭缝51的前端重合的含义，另外，也不是指比狭缝51的长度的一半的位置更靠前端侧的所有部分都重合的含义。
需要说明的是，如图2所示，狭缝51可以是前端平坦状，也可以是前端带有圆角状。另外，狭缝51的前端可以形成为比其他的部位的宽度宽，也可以在狭缝51的前端形成有直径比其他的部位的宽度大的圆状孔。进而，也可以是朝向狭缝51的前端而宽度逐渐变窄的锥状，也可以是朝向狭缝51的前端而宽度逐渐变宽的锥状。这样可举出各种各样的变化。
并且，在这些狭缝51之间的前端彼此重合的部位沿着狭缝51的朝向而形成有孔52。
这样，通过在狭缝51之间的前端彼此重合的部位形成有孔52，虽然外部电极板5a、5b相对于层叠体2的变位的追随性良好，但是外部电极板5a、5b的两侧的长边附近以翘曲的方式作用的应力(以离开层叠体的方式作用的应力)被分散。因而，能够抑制在导电性接合件4产生裂缝而断裂且由于在断裂的部位产生的放电而使导电性接合件烧毁或产生噪音的情况，从而能够抑制由于无法向全部的内部电极层均等地传播输入信号(电压)而使层叠体无法稳定地变位的情况。需要说明的是，所谓“狭缝51之间的前端彼此重合的部位”是指相邻的狭缝51与狭缝51中的各自所对置的区域之间的外部电极板(部位)。即使仅在狭缝51之间的前端彼此不重合的部位形成孔52，也不会使作用于外部电极板5a、5b的两侧的应力充分地分散。另外，在此所谓的“变位”是指驱动时的伸缩。进而，在此所谓的“狭缝51的朝向”是指从外部电极板5a、5b的长边延伸的狭缝51的长度方向。
如图2所示，孔52可以是矩形形状，也可以是矩形的端部带有圆角那样的形状，也可以是正圆、椭圆或三角形。另外，孔52可以形成为长轴相对于与层叠方向垂直的方向倾斜。进而，孔52可以在狭缝51之间设置1个，也可以设置2个或2个以上。例如，在孔52为2个时，各个孔52也可以形成为在沿层叠方向观察时正好收敛在狭缝51之间的重合的部位，不过，如图3(f)所示，各个孔52的一部分也可以形成为在沿层叠方向观察时重叠在狭缝51之间的重合的部位。进而，虽未图示，也可以在层叠方向上形成为重叠2个或2个以上的孔。这样可举出各种各样的变化。
在此，如图3(c)及图3(e)所示，优选的是，孔52的沿着狭缝51的朝向的两端分别位于沿层叠体2的层叠方向观察时狭缝51的前端和该前端所对置的外部电极板5a、5b的长边的中间位置。这样，通过将孔52的形状设为沿外部电极板5的宽度方向扁平较长，由此在驱动时使孔52在层叠方向上扩展其开口，外部电极板5a、5b的两侧的长边附近以翘曲的方式作用的应力(以从层叠体2离开的方式作用的应力)被进一步分散，因此能够进一步抑制在导电性接合件4产生裂缝的情况。
另外，孔52的层叠方向的宽度及狭缝51的层叠方向的宽度优选比狭缝51与孔52的间隔大。这样，通过使孔52及狭缝51的宽度比狭缝51与孔52的间隔大，能够使外部电极板5a、5b相对于层叠体2的变位的追随性变得更加良好，且能够进一步抑制在导电性接合件4产生裂缝的情况。
另外，优选的是，如图4所示，导电性接合件4配置在外部电极层3a、3b及外部电极板5a、5b之间，并通过孔52及狭缝51的所述前端彼此重合的部分而向外部电极板5a、5b的外侧伸出，或者如图5所示，配置在外部电极层3a、3b及外部电极板5a、5b之间和外部电极板5a、5b的外侧，并经由孔52及狭缝51的前端彼此重合的部分而相连。根据该形状，由导电性接合件4实现的粘结的效果不光在抵接外部电极板5a、5b的面可以获得而且从相反的外侧的面也可以获得。因而，与仅在外部电极层3a、3b及外部电极板5a、5b之间设有导电性接合件4相比能够使接合强度提高。需要说明的是，在图4及图5中，省略了外部电极层3a、外部电极板5a及将这些构件进行接合的导电性接合件4等。
尤其是，优选的是，如图6所示，导电性接合件4沿着外部电极板5a、5b的中央部而覆盖孔52及狭缝51的前端彼此重合的部分，并使狭缝51的长边附近的部分露出。通过使外部电极板5a、5b中的驱动变形最大的长边附近的部分露出，能够使外部电极板5a、5b相对于层叠体2的变位的追随性良好，并缓和外部电极板5a、5b的两侧的长边附近以翘曲的方式作用的应力，并且还能够获得对于外部电极板5a、5b的两侧的长边附近的翘曲的抑制效果。
在此，如上所述，在导电性接合件4还配置在孔52的内部的情况下，如图7至图9所示，优选在配置于孔52的内部的导电性接合件4上形成有气孔101。
通过层叠型压电元件1的驱动而使层叠体2伸缩，并使外部电极板5a、5b也欲要追随层叠体2的伸缩，尤其是孔52的周围欲要变形。在此，当在孔52中埋入导电性接合件4时，由导电性接合件4产生的约束力产生作用，而妨碍外部电极板5a、5b中的孔52的周围的变形，其结果是，妨碍层叠体2的伸缩。对此，在为了较多伸缩被妨碍的量而欲使驱动电压变高时，层叠型压电元件1的自身发热温度上升，外部电极板5a、5b被剥离。与其相对，如图7至图9所示，通过在配置于孔52的内部的导电性接合件4设有气孔101，能够缓和在孔52中埋入的导电性接合件4产生的约束力而使其变小，从而不会剥离外部电极板5a、5b，而能够维持稳定的驱动状态。
作为形成在导电性接合件4上的气孔101，可以是小径的气孔分散形成，不过，从导电性接合件4彼此的接合区域更小的话约束力难以发挥作用这一观点出发的话，也可以是大径的气孔设置1个，尤其是与孔52的内壁面相接的程度的大径较好。
另外，如图9所示，优选形成在位于孔52的内部的导电性接合件4上形成的气孔101为开口气孔。通过将气孔101设为开口气孔，可获得更进一步的约束力缓和效果，且导电性接合件4的表面积增加所产生的散热作用变高，从而能够使层叠型压电元件1的耐久性更进一步地提高。
此时，设为开口气孔的气孔101优选与层叠体2的侧面垂直的截面的形状为半圆或者半椭圆状。另外，如图9所示，通过将气孔101的截面设为半圆或者半椭圆状，能够保持外部电极层3a、3b与外部电极板5a、5b的接合强度，同时缓和约束力。
另外，如图7至图9所示，优选气孔101的层叠方向的宽度与孔52的层叠方向的宽度一致。需要说明的是，气孔101的层叠方向的宽度为层叠方向上的宽度(直径)的最大值，在气孔101为球形时是直径，在为图9所示那样的与层叠体2的侧面垂直的截面的形状呈半圆或者半椭圆状时是开口部的宽度。通过使气孔101的层叠方向的宽度与孔52的层叠方向的宽度一致，从而能够保持外部电极层3a、3b与外部电极板5a、5b的接合强度，同时缓和约束力。
另外，如图7及图8所示，优选在孔52的与狭缝51的朝向平行的宽度方向的中央部形成有气孔52。伴随层叠体2的伸缩而在外部电极板5a、5b上产生的应力以使孔52的中央部较大变形的方式进行作用。与其相对，通过使气孔101位于孔52的中央部，从而能够有效地缓和约束力。
另外，如图10所示，在导电性接合件4还配置在狭缝51的前端彼此重合的部分的内部的情况下，优选在配置于狭缝51的内部的导电性接合件4形成有气孔101。气孔101不仅形成在孔52还形成在狭缝51，从而可发挥更进一步的约束力缓和效果。
进而，如图7及图9所示，在包含驱动时比内部电极层22a、22b优先断裂的预定断裂层23的结构时，优选气孔101形成在与预定断裂层23对应的部位上。由于使孔52的位置与预定断裂层23的位置对应，进而使气孔101的位置与预定断裂层23的位置对应，故从预定断裂层23向导电性接合件4进展的裂缝102由于气孔101而有选择地在变薄了的导电性接合件4上进展，从而能够抑制向外部电极板5a、5b的裂缝进展，并能够抑制外部电极板5a、5b的剥离。
需要说明的是，本发明并不局限于上述的实施方式的例子，可以在不超出本发明的要旨的范围内进行各种各样的变更。例如，外部电极板5a、5b在上述的例子中在层叠体2的对置的2个侧面各形成1个，不过，也可以使2个外部电极板5a、5b形成在层叠体2的相邻的侧面上，也可以形成在层叠体2的同一侧面上。另外，与层叠体2的层叠方向正交的方向上的截面的形状除了上述的实施方式的例子中的四边形状以外，也可以是六边形状或八边形状等多边形状、圆形状、或者由直线与圆弧组合而成的形状。
本实施方式的层叠型压电元件1例如用于压电驱动元件(压电致动器)、压力传感器元件及压电电路元件等。作为驱动元件，例如可举出机动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、振动防止装置。作为传感器元件，例如可举出燃烧压力传感器、敲击传感器、加速度传感器、载荷传感器、超声波传感器、压敏传感器及偏航传感器。另外，作为电路元件，例如可举出压电罗盘、压电开关、压电变压器及压电断路器。
接着，关于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，制作作为压电体层21的陶瓷生片。具体而言，通过将压电陶瓷的预烧粉末、由有机高分子构成的粘结剂及可塑剂混合而制成陶瓷浆料。然后，采用刮片法、压延辊法等带成型法而制成陶瓷生片。
作为压电陶瓷只要具有压电特性即可，例如可以采用由钛酸锆酸铅(PZT：PbZrO3-PbTiO3)构成的钙钛矿型氧化物等。另外，作为粘结剂可以采用丙烯系、丁缩醛系等有机高分子。另外，作为可塑剂，可采用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等。
接着，制作作为内部电极层22a、22b的导电性膏剂。具体而言，通过在银-钯合金的金属粉末中添加粘结剂及可塑剂来制作导电性膏剂。将该导电性膏剂采用网板印刷法以内部电极层22a、22b的图案涂敷在上述的陶瓷生片上。
在此，在层叠体2包括预定断裂层23的情况下，在由金属材料形成预定断裂层23时，例如通过在以与内部电极层用导电性膏剂相比使银比率变高的方式制作的金属粉末中添加混合粘结剂及可塑剂，从而可制成预定断裂层用导电性膏剂。此时，也可以混合银粉末和钯粉末，也可以采用银钯合金的粉末，也可以在内部电极层用导电性膏剂中进一步添加银粉末。然后，通过网板印刷法涂敷在与内部电极层22a、22b不同的陶瓷生片上。
进而，将印刷有该导电性膏剂的陶瓷生片层叠多片。此时，预先以规定的间隔来层叠涂敷了预定断裂层用导电性膏剂的陶瓷生片。然后，在规定的温度下进行脱粘结剂处理之后，在900～1200℃的温度下进行烧成，由此制成具有交替层叠的压电体层21及内部电极层22a、22b的层叠体2。
需要说明的是，层叠体2并不局限于通过上述的制造方法来制作，只要能够制成由压电体层21与内部电极层22a、22b多层层叠而成的层叠体2，也可以通过任何的制造方法来制作，也可以在制作能够出多个的层叠体之后进行裁断而形成所期望的形状。
接着，对于烧成而得的层叠体2采用平面磨床等而实施磨削处理以形成规定的形状。
之后，在层叠体2的侧面涂敷由银与玻璃构成的导电性膏剂，并进行烧结而形成外部电极层3a、3b。导电性膏剂通过在主要是银构成的金属粉末中添加混合粘结剂、可塑剂、玻璃粉末等而成，在层叠体2的侧面上通过网板印刷法等进行印刷并在600～800℃下进行烧成，由此能够形成外部电极层3a、3b。
接着，在外部电极层3a、3b的上表面涂敷在热固化性树脂中大致均匀地分散由导体构成的填料而成的浆料状的导电性接合件4，并在其上贴合外部电极板5a、5b后，将导电性接合件4在100～140℃的温度下进行干燥，之后在180～220℃的温度下使其固化，来固定外部电极板5a、5b。
在外部电极板5a、5b以从两侧的长边朝向中央交替且沿所述层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成有多个狭缝51，在这些狭缝51之间的所述前端彼此重合的部位沿着狭缝51的朝向而形成有孔52。该外部电极板5a、5b如下获得：首先，由不锈钢、磷青铜等金属通过冲压、蚀刻等方法来制成板状体，然后，在该板状体上通过冲压、蚀刻等方法来形成狭缝51，并且通过冲压、蚀刻等方法来形成孔52。
此时，使孔52的沿着狭缝51的朝向的两端分别位于在沿层叠体2的层叠方向观察时狭缝51的前端与该前端所对置的外部电极板5a、5b的长边的中间位置，或使孔52的在层叠体2的层叠方向上的宽度及狭缝51的在层叠体2的层叠方向上的宽度比狭缝51与孔52的间隔大，能够进行适当调整。
另一方面，作为形成导电性接合件4的热固化性树脂，可采用聚酰胺、聚酰亚胺等，作为由导体构成的填料，可采用镍、银、铂、金等，其中优选银。其理由在于，低电阻且耐氧化性优越。
在此，导电性接合件4不仅可介入在外部电极层3a、3b与外部电极板5a、5b之间，也可如以下的方式形成。
具体而言，导电性接合件4也可以形成为配置在外部电极层3a、3b及外部电极板5a、5b之间，并通过孔52及狭缝51的所述前端彼此重合的部分而向外部电极板5a、5b的外侧伸出。为了这样形成，增多导电性接合件4的量即可。
另外，导电性接合件4也可以形成为配置在外部电极层3a、3b及外部电极板5a、5b之间和外部电极板5a、5b的外侧，并经由孔52及狭缝51的所述前端彼此重合的部分而相连。为了这样形成，增多导电性接合件4的量并将向外部电极板5a、5b的外侧伸出的导电性接合件4通过刮板等整合即可，不过，优选在涂敷导电性接合件4并在其上贴合外部电极板5a、5b之后，进而在外部电极板5a、5b的外侧涂敷导电性接合件4，然后使其干燥而固化。
此时，通过使导电性接合件4的涂敷宽度比外部电极板5a、5b的宽度小，从而使导电性接合件4也可以形成为沿着外部电极板5a、5b的中央部来覆盖孔52及狭缝51的所述前端彼此重合的部分，并使狭缝51的长边附近的部分露出。
在配置于孔52的内部的导电性接合件4上形成气孔101时，也可以在涂敷浆料状的导电性接合件4之后仅对孔52局部进行吸引来形成气孔101，也可以通过调整涂敷压力等而仅不涂敷孔52局部。另外，通过使浆料状的导电性接合件4的触变性下降，从而能够在干燥固化时在孔52局部上形成气孔101。
需要说明的是，通过例如使预定断裂层23的间隔为孔52的间隔的倍数，从而能够使孔52的位置与预定断裂层23的位置对应，进而使气孔101与预定断裂层23的位置对应。
接着，经由焊料9将外部引导构件8与外部电极板5a、5b的表面连接并固定。之后，在包含作为外装树脂(未图示)的硅酮树脂的树脂溶液中浸渍连接了外部引导构件8的层叠体2。然后，通过对树脂溶液进行真空脱气，从而在层叠体2的外周侧面上密接硅酮树脂，之后，从树脂溶液中拉上层叠体2。由此，将硅酮树脂层涂敷在使外部引导构件8连接固定在外部电极板5a、5b的表面上的层叠体2的侧面上。
之后，对分别通过焊料等与一对外部电极板5a、5b连接的外部引导构件8施加0.1～3kV/mm的直流电场，并使构成层叠体2的压电体层21极化，由此完成层叠型压电元件1。
所获得的层叠型压电元件1通过经由外部引导构件8而将外部电极板5a、5b与外部的电源连接来施加电压，从而能够使各压电体层21在逆压电效应的作用下大幅变位。由此，能够作为例如向发动机喷射供给燃料的机动车用燃料喷射阀来发挥功能。
接着，对于本发明的喷射装置的实施方式的一例进行说明。
图11是表示本发明的喷射装置的实施方式的一例的概略剖视图，如图11所示，本实施方式的喷射装置6在一端具有喷射孔61的收纳容器62的内部收纳有上述的层叠型压电元件1。
在收纳容器62内配设有通过层叠型压电元件1的驱动而能够使喷射孔61开闭的针阀63。在喷射孔61配设有能够与针阀63的动作相应而连通的流体通路64。该流体通路64与外部的流体供给源连结，向流体通路64始终以高压供给流体。因而，当针阀63使喷射孔61开放时，向流体通路64供给的流体(例如燃料)向未图示的外部或邻接的容器(例如燃料室)喷出。
另外，针阀63的上端部的内径变大，而构成能够与形成在收纳容器62中的工作缸65滑动的活塞66。并且，在收纳容器62内与活塞66相接地收纳有上述的层叠型压电元件1。
在这样的喷射装置6中，当层叠型压电元件1被施加电压而伸长时，活塞66被按压，针阀63使与喷射孔61相通的流体通路64闭塞，使流体的供给停止。另外，当电压的施加停止时，层叠型压电元件1收缩，盘簧67压返活塞66，流体通路64被开放，而喷射孔61与流体通路64连通，从而进行来自喷射孔61的流体的喷射。
需要说明的是，也可以是，通过对层叠型压电元件1施加电压，以使流体通路64开放，通过停止电压的施加，以使流体通路64闭锁。另外，本实施方式的喷射装置6也可以具备具有喷射孔61的收容容器62和本实施方式的层叠型压电元件1，并使在收容容器62内充填的流体通过层叠型压电元件1的驱动而从喷射孔61喷出。即，层叠型压电元件1未必需要位于收容容器62的内部，也可以构成为通过层叠型压电元件1的驱动来对收容容器62的内部施加用于控制流体的喷射的压力。在本实施方式的喷射装置6中，流体除了燃料、墨等以外，还包括导电性膏剂等各种各样的液体及气体。通过采用本实施方式的喷射装置6，能够长期性地稳定地控制流体的流量及喷出时序。
尤其是，若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6用于内燃机中，则与现有的喷射装置相比，能够向发动机等的内燃机的燃烧室中长期性且精度良好地喷射燃料。
接着，对于本发明的燃料喷射***的实施方式的一例进行说明。
图12是表示本发明的实施方式的燃料喷射***的概略图，如图12所示，本发明的实施方式的燃料喷射***7具备：蓄积高压燃料的共轨71；喷射蓄积于该共轨71中的高压流体(高压燃料)的多个喷射装置6；向共轨71供给高压流体(高压燃料)的压力泵72；对喷射装置6赋予驱动信号的喷射控制单元73。
喷射控制单元73根据外部信息或来自外部的信号来控制高压流体的喷射的量及时序。例如，只要是在发动机的燃料喷射中采用喷射控制单元73的情况下，就能够一边通过传感器等感知发动机的燃烧室内的状況，一边控制燃料喷射的量及时序。
压力泵72发挥从流体罐74(燃料罐)将流体以高压向共轨71供给的作用。例如，在发动机的燃料喷射***7的情况下形成1000～2000气压(约101MPa～约203MPa)左右、优选1500～1700气压(约152MPa～约172MPa)左右的高压来向共轨71送入。
共轨71蓄积从压力泵72送来的流体(燃料)，适当向喷射装置6送入，喷射装置6如前所述从喷射孔61将恒定的流体向外部或邻接的容器喷射。例如，在喷射供给燃料的对象为发动机时，使高压燃料从喷射孔21向发动机的燃烧室内呈雾状喷射。
只要采用本实施方式的燃料喷射***7，与现有的燃料喷射***相比，能够长期性且稳定地进行高压燃料的所期望的喷射。
实施例
关于本发明的层叠型压电元件的实施例在以下进行说明。
首先，制作混合了以平均粒径为0.4μm的钛酸锆酸铅(PZT：PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷的预烧粉末、丙烯系粘结剂及由DBP(邻苯二甲酸二丁酯)构成的可塑剂的陶瓷浆料。采用该陶瓷浆料通过刮片法而制作作为厚度100μm的压电体层的陶瓷生片。另外，在银-钯合金添加有机粘结剂，而制作作为内部电极层的导电性膏剂。
接着，在陶瓷生片的单面上通过网板印刷法印刷作为内部电极层的导电性膏剂，并将印刷了导电性膏剂的陶瓷生片层叠300片。然后，在1100℃下烧成5小时，从而获得层叠体。所获得的层叠体采用平面磨床而磨削成规定的形状。
接着，在层叠体的侧面上通过网板印刷法来涂敷通过在由银构成的金属粉末中添加混合了有机粘结剂、可塑剂、玻璃粉末等而成的导电性膏剂，并在800℃下烧成2小时，从而形成外部电极层。
接着，在外部电极层的表面上涂敷通过在聚酰亚胺树脂中分散银填料而成的导电性接合件，并在其上设置外部电极板，进而在其上涂敷导电性接合件。之后，将导电性接合件在100℃的温度下干燥后，在200℃的温度下固化，来固定外部电极板。
接着，经由工作温度(熔点)300℃的银混入錫-鉛合金系的焊料将引导构件与外部电极板的表面连接并固定。
接着，将层叠体浸渍在含有硅酮树脂的树脂溶液中，从而在包括外部电极板的表面在内的层叠体的侧面上涂敷硅酮树脂。
通过以上的工序来制作层叠型压电元件。
需要说明的是，外部电极板为宽度1mm、板厚0.05mm，且准备如图3(a)～(f)所示的6种图案的形状的电极板。
在此，图3(a)是比较例，其以从两侧的长边朝向中央交替且沿层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成长度0.6mm、宽度0.12mm的多个狭缝，但在狭缝之间的前端彼此重合的部位未形成孔。需要说明的是，狭缝与狭缝的间隔为0.1mm。
图3(b)是以从两侧的长边朝向中央交替且沿层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成长度0.6mm、宽度0.12mm的多个狭缝，且在这些狭缝之间的前端彼此重合的部位沿着狭缝的朝向形成有孔。需要说明的是，孔的长轴的长度为0.3mm，宽度为0.12mm，孔的沿着狭缝的朝向的两端在沿层叠体的层叠方向观察时分别位于与狭缝的前端相同的位置。需要说明的是，狭缝与孔的间隔为0.1mm。
图3(c)是以从两侧的长边朝向中央交替且沿层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成长度0.6mm、宽度0.12mm的多个狭缝，且在这些狭缝之间的前端彼此重合的部位沿着狭缝的朝向形成有孔，孔的沿着狭缝的朝向的两端在沿层叠体的层叠方向观察时分别位于狭缝的前端与该前端所对置的外部电极板的长边的中间位置。需要说明的是，孔的长轴的长度为0.6mm，宽度为0.12mm，狭缝与孔的间隔为0.1mm。
图3(d)是以从两侧的长边朝向中央交替且沿层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成长度0.6mm、宽度0.12mm的多个狭缝，且在这些狭缝之间的前端彼此重合的部位沿着狭缝的朝向形成有孔，孔的沿着所述狭缝的朝向的两端在沿层叠体的层叠方向观察时分别位于狭缝的前端与该前端所对置的外部电极板的长边的中间位置，且该孔的长轴从与层叠方向垂直的方向倾斜5度。需要说明的是，孔的长轴的长度为0.6mm，宽度为0.12mm，狭缝与孔的间隔为0.1mm。
图3(e)是以从两侧的长边朝向中央交替且沿层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成长度0.6mm、宽度0.12mm的多个狭缝，且在这些狭缝之间的前端彼此重合的部位沿着狭缝的朝向形成有孔，孔的沿着所述狭缝的朝向的两端在沿层叠体的层叠方向观察时分别位于狭缝的前端与该前端所对置的外部电极板的长边的中间位置，且狭缝及孔的宽度为与图3(b)所示的形状相比如表所示那样变窄。需要说明的是，孔的长轴的长度为0.6mm，宽度为0.06mm，狭缝与孔的间隔为0.16mm。
图3(f)是以从两侧的长边朝向中央交替且沿层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成长度0.6mm、宽度0.12mm的多个狭缝，且在这些狭缝之间的前端彼此重合的部位沿着狭缝的朝向形成有孔。需要说明的是，孔在狭缝之间设置2个，各个孔的长轴的长度为0.2mm，宽度为0.12mm，孔与孔的间隔为0.2mm，且狭缝与孔的间隔为0.1mm。
需要说明的是，如图3(a)～图3(f)所示，关于全部的图案的外部电极板，使其长边附近露出而在中央部分上涂敷导电性接合件。
关于所制作的各层叠型压电元件，经由外部引线构件对外部电极板施加15分钟的3kV/mm的直流电场，而进行极化处理。对这些层叠型压电元件施加了160V的直流电压时，在层叠体的层叠方向上获得了40μm的变位量。
然后，在室温下以150Hz的频率施加0V～+160V的交流电压，并连续驱动至1×108次来进行耐久性试验时，在采用了图3(a)所示的外部电极板的层叠型压电元件中，在导电性接合件产生裂缝，观察到放电及导电性接合件的烧毁，在采用了图3(b)～图3(f)所示的外部电极板的层叠型压电元件中，在导电性接合件未产生裂缝，未观察到放电及导电性接合件的烧毁。
另外，关于所制作的各层叠型压电元件，在连续驱动至1×108次之后，采用游隙测量仪测定外部电极板的长边的距层叠体的距离(翘曲量)时，可确认到，与图3(a)相比，在图3(b)～图3(f)的外部电极板中，外部电极板的长边的距层叠体的距离(翘曲量)明显短。另外，可确认到，与图3(b)、图3(e)相比，在图3(c)、图3(d)的外部电极板中，外部电极板的长边的距层叠体的距离(翘曲量)短。
接着，通过与上述同样的方法制作将陶瓷生片层叠300片而成的层叠体。
然后，与上述同样地，形成了外部电极层、外部电极板及导电性接合件。外部电极板的形状呈图3(b)的形状，导电性接合件的触变(使用E型粘度计3°锥体时的、0.5min-1时的粘度和5.0min-1时的粘度之比)设为2.5，由此在涂敷于孔中的导电性接合件上形成气孔，从而制成层叠型压电元件。此时所形成的气孔的层叠方向宽度与孔的宽度相同，且截面形状为半椭圆状。
关于所获得的层叠型压电元件，将在涂敷于图3(b)方式的孔中的导电性接合件上设置气孔的情况和未设置气孔的情况相比较的话，可确认到，设有气孔时，外部电极板的长边的距层叠体的距离(翘曲量)短。
符号说明
1…层叠型压电元件
2…层叠体
21…压电体层
22a、22b…内部电极层
23…预定断裂层
3a、3b…外部电极层
4…导电性接合件
5a、5b…外部电极板
51…狭缝
52…孔
6…喷射装置
61…喷射孔
62…收纳容器
63…针阀
64…流体通路
65…工作缸
66…活塞
67…盘簧
7…燃料喷射***
71…共轨
72…压力泵
73…喷射控制单元
74…流体罐
8…外部引导构件
9…焊料
101…气孔
102…裂缝
Claims (15)
1.一种层叠型压电元件，包括：由压电体层及内部电极层层叠而成的层叠体；沿层叠方向较长地被覆在该层叠体的侧面上且与所述内部电极层的向所述侧面露出的端部电连接的外部电极层；沿着该外部电极层而通过导电性接合件接合的外部电极板，
所述层叠型压电元件的特征在于，
所述外部电极板以从两侧的长边朝向中央交替且沿所述层叠体的层叠方向观察时前端彼此重合的方式形成有多个狭缝，且在这些狭缝之间的所述前端彼此重合的部位沿着所述狭缝的朝向而形成有孔。
2.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述孔的沿着所述狭缝的朝向的两端在沿所述层叠体的层叠方向观察时分别位于所述狭缝的前端与该前端所对置的所述外部电极板的长边的中间位置。
3.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述孔的在所述层叠体的层叠方向上的宽度及所述狭缝的在所述层叠体的层叠方向上的宽度比所述狭缝与所述孔的间隔大。
4.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述导电性接合件配置在所述外部电极层及所述外部电极板之间还配置在所述外部电极板的外侧，且经由所述孔及所述狭缝的所述前端彼此重合的部分而相连。
5.如权利要求4所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述导电性接合件沿着所述外部电极板的中央部而覆盖所述孔及所述狭缝的所述前端彼此重合的部分，并使所述狭缝的所述长边附近的部分露出。
6.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述导电性接合件配置在所述外部电极层及所述外部电极板之间，且通过所述孔及所述狭缝的所述前端彼此重合的部分而向所述外部电极板的外侧伸出。
7.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述导电性接合件还配置在所述孔的内部，且在配置于该孔的内部的所述导电性接合件上形成有气孔。
8.如权利要求7所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述气孔为开口气孔。
9.如权利要求8所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述气孔的在与所述层叠体的所述侧面垂直的截面中的形状为半圆状或者半椭圆状。
10.如权利要求7至9中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述气孔的所述层叠方向的宽度与所述孔的所述层叠方向的宽度一致。
11.如权利要求7至10中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，
在所述孔的与所述狭缝的朝向平行的宽度方向的中央部形成有所述气孔。
12.如权利要求7所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述导电性接合件还配置在所述狭缝的所述前端彼此重合的部分的内部，且在配置于所述狭缝的内部的所述导电性接合件上形成有气孔。
13.如权利要求7至12中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述层叠体包括在驱动时比所述内部电极层优先断裂的预定断裂层，所述气孔形成在与所述预定断裂层对应的部位。
14.一种喷射装置，其特征在于，
具备具有喷射孔的容器和权利要求1至6中任一项所述的层叠型压电元件，且蓄积在所述容器内的流体通过所述层叠型压电元件的驱动而从所述喷射孔喷出。
15.一种燃料喷射***，其特征在于，
具有：蓄积高压燃料的共轨；喷射蓄积在该共轨中的所述高压燃料的权利要求7所述的喷射装置；向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵；对所述喷射装置赋予驱动信号的喷射控制单元。
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