CN103380504A

CN103380504A - 层叠型压电元件及具备该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射***

Info

Publication number: CN103380504A
Application number: CN2012800088223A
Authority: CN
Inventors: 加藤刚
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: US9478725B2; WO2012115230A1; EP2680335B1; US20140020659A1; CN103380504B; EP2680335A1; JP5586777B2; EP2680335A4; JPWO2012115230A1

Abstract

本发明提供一种在金属化层与引线构件的接合部或层叠体上不产生裂纹而长时间稳定地进行驱动的层叠型压电元件及具备该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射***。层叠型压电元件(1)的特征在于，包括：层叠压电体层(3)及内部电极(5)而成的层叠体(7)；设置在层叠体(7)的侧面并与内部电极(5)电连接的金属化层(8)；借助导电性粘接剂层(10)设置在金属化层(8)上的外部电极构件(12)；与外部电极构件(12)接合的引线构件(14)。

Description

层叠型压电元件及具备该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射***

技术领域

本发明涉及一种例如作为压电驱动元件(压电促动器)、压力传感器元件及压电电路元件等使用的层叠型压电元件及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

例如如图13所示，以往的层叠型压电元件具有这样的结构：包括层叠压电体层103及内部电极105而成的层叠体107和设置在该层叠体107的侧面并与内部电极105电连接的金属化层108。并且，使用焊料、导电性粘接剂110在该金属化层108的表面的一部分上连接固定用于向金属化层施加电压的引线构件114。特别是，为了以作为连接器的目的进行使用，引线构件114使用刚性强的销(参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-202024号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在专利文献1所记载的层叠型压电元件101中，在用于机动车的内燃机等燃料喷射装置(喷射器)的情况下，即，在长时间施加有高电场及高压力的状态下被连续驱动这样苛刻的条件下使用的情况下，当驱动层叠型压电元件时，金属化层108的应力负载状态在接合有引线构件114的区域和未接合引线构件114的区域不同，因此，由于驱动层叠型压电元件101的振动所产生的应力，可能从金属化层108与引线构件114的接合部至层叠体107产生裂纹而妨碍稳定的驱动。

本发明是鉴于上述以往的问题点而做成的，其目的在于提供抑制从引线构件的接合部至层叠体产生裂纹而长时间稳定地驱动的层叠型压电元件及具备该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射***。

用于解决技术问题的技术手段

本发明的层叠型压电元件的特征在于，该层叠型压电元件包括：层叠压电体层及内部电极而成的层叠体；设置在该层叠体的侧面并与所述内部电极电连接的金属化层；借助导电性粘接剂层设置在所述金属化层上的外部电极构件；与该外部电极构件接合的引线构件。

本发明的喷射装置的特征在于，该喷射装置具备：具有喷射孔的容器和上述本发明的层叠型压电元件，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被从所述喷射孔喷出。

本发明的燃料喷射***的特征在于，该燃料喷射***具备：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；向所述喷射装置赋予驱动信号的喷射控制单元。

发明效果

根据本发明的层叠型压电元件，与将引线构件直接接合在金属化层上的情况相比，能够通过形成大面积的接合区域的导电性粘接剂层将外部电极构件与金属化层接合，外部电极构件作为缓冲层发挥功能而使因驱动层叠型压电元件时产生的振动所引起的应力分散，因此能够抑制在层叠体及引线构件的接合部产生裂纹，并且也不会发生外部电极构件的剥离，能够稳定且长时间地进行驱动。

根据本发明的喷射装置，层叠型压电元件能够稳定且长时间地进行驱动，因此能够长期且稳定地进行期望的流体喷射。

根据本发明的燃料喷射***，能够长期且稳定地进行期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的一个示例的剖视图。

图2是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的另一示例的剖视图。

图3是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的另一示例的剖视图。

图4是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的另一示例的剖视图。

图5是表示本发明的层叠型压电元件的外部电极构件的一个示例的主视图。

图6是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的另一示例的主要部分的放大剖视图。

图7(a)是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的另一示例的局部透过俯视图，(b)是(a)所示的主要部分的放大剖视图。

图8是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的另一示例的主要部分的放大剖视图。

图9是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的另一示例的主要部分的放大剖视图。

图10是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的另一示例的主要部分的放大剖视图。

图11是表示本发明的喷射装置的实施方式的一个示例的示意性的剖视图。

图12是表示本发明的燃料喷射***的实施方式的一个示例的示意性的框图。

图13是表示以往的层叠型压电元件的一个示例的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的层叠型压电元件的实施方式的一个示例详细地进行说明。

图1是表示本发明的层叠型压电元件的实施方式的一个示例的剖视图，如图1所示，本实施方式的层叠型压电元件1包括：层叠压电体层3及内部电极5而成的层叠体7；设置在层叠体7的侧面并与内部电极5电连接的金属化层8；借助导电性粘接剂层10设置在金属化层8上的外部电极构件12；与外部电极构件12接合的引线构件14。

构成层叠型压电元件1的层叠体7具有活性部和不活性部，该活性部通过压电体层3及内部电极5交替地层叠多个而形成，该不活性部由设置在活性部的层叠方向两端的压电体层3构成，层叠体7例如形成为纵长0.5～10mm、横长0.5～10mm、高度1～100mm的长方体状。

构成层叠体7的压电体层3由具有压电特性的陶瓷形成，作为这样的陶瓷例如可以使用由锆钛酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)构成的钙钛矿型氧化物、铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)等。该压电体层3的厚度例如为3～250μm。

构成层叠体7的内部电极5通过与形成压电体层3的陶瓷同时烧制而形成，该内部电极5与压电体层3交替层叠而从上下夹着压电体层3，通过依次层叠配置正极及负极，从而对夹在它们之间的压电体层3施加驱动电压。作为其形成材料，例如可以使用以与压电陶瓷的反应性低的银钯合金为主要成分的导体或者含有铜、铂等的导体。在图1所示的示例中，正极及负极(或接地极)分别交替向层叠体7的对置的一对侧面导出，并与设置在层叠体7的侧面的一对金属化层8电连接。该内部电极5的厚度例如为0.1～5μm。

设置在层叠体7的侧面并与内部电极5电连接的一对金属化层8例如通过涂敷由银和玻璃构成的膏剂并进行烧结而形成，该一对金属化层8与层叠体7的侧面接合，分别与向层叠体7的对置的侧面交替导出的内部电极3电连接。该金属化层8的厚度例如为5～500μm。

在金属化层8上经由导电性粘接剂层10设置有外部电极构件12。与以往的层叠型压电元件通过导电性粘接剂直接在金属化层上接合引线构件的情况相比，本发明的层叠型压电元件1通过导电性粘接剂层10接合覆盖金属化层8那样大小的外部电极构件12。

即，导电性粘接剂层10与以往的导电性粘接剂相比形成为面积更大。由此，与以往相比能够分散作用在金属化层8上的应力而抑制从引线构件14的接合部至层叠体7产生裂纹的情况。

作为在此使用的导电性粘接剂层10可以举出例如由含有Ag粉末、Cu粉末等导电性良好的金属粉末的环氧树脂、聚酰亚胺树脂构成的层。通过由这样的材料构成，能够利用弹性特性缓和应力，能够长时间进行驱动。需要说明的是，导电性粘接剂层10形成为例如5～500μm的厚度。

此外，外部电极构件12是由铜、铁、不锈钢、磷青铜等金属构成的、比引线构件14的宽度宽的例如板状或者金属网状的构件，例如形成为宽度0.5～10mm，厚度0.01～1.0mm。为了提高导电性、导热性，可以在该外部电极构件12上实施锡、银等的镀敷。

此外，如图2所示，优选，外部电极构件12延伸至比层叠方向上的导电性粘接剂层10的端面靠外侧的位置，外部电极构件12与引线构件14的接合部位于比导电性粘接剂层10的端面靠外侧的位置。根据该结构，引线构件14与外部电极构件12的未通过导电性粘接剂层10固定的自由的区域接合，因此，即使引线构件14动作也不会有应力直接施加到层叠体7上，能够更长时间地在层叠体7上不产生裂纹地驱动层叠型压电元件1。

此外，如图3所示，优选，外部电极构件12延伸至比层叠方向上的层叠体7的端面靠外侧的位置，外部电极构件12与引线构件14的接合部位于比层叠体7的端面靠外侧的位置。根据该结构，与图3的结构相比能进一步抑制引线构件14动作时的应力施加在层叠体7上，能够在更长时间内驱动层叠型压电元件1。特别是，在将层叠型压电元件1用于机动车用途的情况下，可能与层叠型压电元件1的周围的振动发生共振，但通过使外部电极构件12与引线构件14的接合部位于比层叠体7的端面靠外侧的位置，能够使引线构件14作为防止振动的重量物发挥功能，由此防止共振，因此能够在更长时间内稳定地驱动层叠型压电元件1。

并且，层叠型压电元件1包括与外部电极构件12接合的引线构件14。引线构件14用于将外部电极构件12与外部电路连接，例如可以举出由铜、铁、不锈钢、磷青铜等形成的销。此外，也可以实施锡、银等的镀敷。此外，作为销的剖面形状，例如可以举出直径100～1000μm的圆形状、一边的长度为200～1000μm的矩形状等。通过将引线构件14形成为销形状，并使引线构件14的轴向与层叠型压电元件1的驱动方向即层叠方向一致，从而能够使传递至引线构件14的振动的振动方向也与层叠型压电元件1的驱动方向一致，因此，即使在引线构件14上接合连接器等进行使用的情况下，也不会发生连接器因振动而松散或产生接触不良而引起火花的情况。

需要说明的是，作为外部电极构件12与引线构件14的接合方法，可以举出通过焊料、导电性粘接材料进行的接合、焊接等，但为了更不易脱离而进行长时间驱动，优选通过焊接进行接合。

根据以上说明的结构，导电性粘接剂层10作为缓冲层发挥功能而能够缓和应力，因此不会在层叠体7及引线构件14的接合部产生裂纹，并且也不会发生外部电极构件12的剥离，能够稳定且长时间地进行驱动。

在此，通过使外部电极构件12为图4所示那样的波纹板状(纵剖面波纹型)的形状、后述的图7所示那样的编织线状金属形成的金属网形状(网格形状)等立体的结构，从而导电性粘接剂层10能够与层叠型压电元件1的驱动相应地自如地变形，因此进一步提高作为缓冲层的功能。由此，能够缓和应力，因此不会在层叠体7及引线构件14的接合部产生裂纹，并且也不会发生外部电极构件12的剥离，能够稳定且长时间地进行驱动。

需要说明的是，外部电极构件12也可以是平板状的构件。若外部电极构件12为平板状的形状，则能够使层叠型压电元件1的驱动方向(层叠体7的伸缩方向)与层叠方向完全一致，因此，导电性粘接剂层10作为缓冲层发挥功能，并且无论从哪一方向配置引线构件14，层叠型压电元件1的驱动的轴向都不会晃动。由于不存在因层叠型压电元件1的驱动导致的晃动而能够抑制异常振动，因此，不会在层叠体7及引线构件14的接合部产生裂纹，并且也不会发生外部电极构件12的剥离，能够稳定且长时间地进行驱动。

并且，外部电极构件12优选由薄板状的金属构成，通过使外部电极构件12由薄板状的金属构成，外部电极构件12柔韧而增大应力缓和效果，能够在更长时间内驱动层叠型压电元件1。需要说明的是，作为薄板状的外部电极构件12的厚度，例如为0.01～0.3mm较为有效。

此外，如图5所示，利用在外部电极构件12上从一方侧面朝向另一方侧面交替地设有狭缝的结构，能够进一步增大应力缓和效果，能够有助于长时间的驱动。需要说明的是，狭缝的宽度(层叠方向的距离)例如为0.01～0.3mm，狭缝的长度(与层叠方向垂直的方向的距离)为外部电极构件12的宽度的例如35～95％的长度，层叠方向的相邻狭缝的间隔例如为0.03～0.5mm。

此时，优选，外部电极构件12延伸至比层叠方向上的导电性粘接剂层10的端面靠外侧的位置，狭缝的一部分位于比导电性粘接剂层10的端面靠外侧的位置，根据该结构，狭缝的一部分存在于未通过导电性粘接剂层10固定的自由的区域，因此外部电极构件12能够在狭缝附近自如地变形，因此能够缓和应力，获得更长时间的耐久性。

特别优选，外部电极构件12与引线构件14的接合部位于比导电性粘接剂层10的端面靠外侧的位置。根据该结构，由于引线构件14与外部电极构件12的未通过导电性粘接剂层10固定的自由的区域接合，因此，即使引线构件14动作，应力也不会直接施加到层叠体7上，能够更长时间地在层叠体7上不产生裂纹地驱动层叠型压电元件1。

另一方面，如图6所示，优选，在导电性粘接剂层10上，以不在与金属化层8相接的一侧的面开口的方式具有多个空穴2。

该多个空穴2的直径例如为0.05～2μm，该值可以通过下述方法求出，即，利用扫描式电子显微镜(SEM)等电子显微镜或金属显微镜观察导电性粘接剂层10的剖面，并测定在任意的线段间包含的空穴的个数及空穴中包含的线段的长度，该空穴中包含的线段的长度的合计距离除以空穴的个数得出该多个空穴2的直径。此外，在导电性粘接剂层10的任意的剖面中多个空穴2所占的面积比率为例如5～60％，该值也可以通过利用扫描式电子显微镜(SEM)等电子显微镜或金属显微镜观察剖面而求出。

若多个空穴2在与金属化层8相接的一侧的面开口，则金属化层8与导电性粘接剂层10的接合面积变小，因而接合强度不充分，并且，金属化层8与导电性粘接剂层10的边界在空穴2内暴露出，该部分成为起点而在上述边界处产生裂纹。并且，若多个空穴2贯通导电性粘接剂层10，则当在金属化层8上的与该空穴2相对应的位置产生因驱动产生的裂缝时，电气通道被阻挡而导致裂缝周边发热，导电性粘接剂层10可能会剥离。

通过在导电性粘接剂层10上具有不在与金属化层8相接的一侧的面开口的多个空穴2，既能维持金属化层8与导电性粘接剂层10的接合强度，又能缓和驱动时集中在金属化层8与导电性粘接剂层10的边界处的应力，能够抑制在该边界处产生裂纹而发生断路的情况。

此外，如图7所示，优选，外部电极构件12为网眼结构的电极，在与外部电极构件12的网眼相对应的位置存在空穴。需要说明的是，图7(a)是局部透过俯视图，如图7(b)所示那样透过位于导电性粘接剂层10的内部的空穴2而进行表示。在此，网眼是指在从正面观察外部电极构件12时由构成网的线与线围成的开口。作为该网眼，可以举出例如直径3～200μm的圆、一边的长度为3～200μm的长方形、长轴为5～300μm且短轴为3～200μm的菱形等，设置在与网眼相对应的位置处的空穴的直径小于网眼的直径。

根据该结构，外部电极构件12更容易伸缩，并且伸缩更为均匀，能够进一步缓和驱动时集中在金属化层8与导电性粘接剂层10的边界处的应力，能够获得更长时间的耐久性。

并且，通过形成为由薄板状的金属构成的网眼结构的外部电极构件12，在驱动时对金属化层8与导电性粘接剂层10的边界处施加了集中的应力时，外部电极构件12能够在空穴2的周围产生局部扭转这样的变形，因此能够缓和应力，能够获得更长时间的耐久性。

此外，如图8所示，优选，空穴2在导电性粘接剂层10的与外部电极构件12相接的一侧的面开口。根据该结构，外部电极构件12更容易伸缩，因此能够进一步缓和在驱动时集中在金属化层8与导电性粘接剂层10的边界处的应力，能够进一步获得长时间的耐久性。

此外，如图9所示，优选，空穴2以与外部电极构件12的网眼相同的大小开口。根据该结构，能够进一步获得长时间的耐久性。需要说明的是，在空穴2的开口部为圆状或者椭圆状的形状而外部电极构件12的网眼为矩形状的情况下，意味着空穴2的开口部为收容在网眼的形状中的最大的圆状或者椭圆状。

需要说明的是，如图10所示，导电性粘接剂层10可以不仅位于金属化层8与外部电极构件12之间，还突出至外部电极构件12的外侧。

并且，优选空穴2分布在层叠体7的活性部，尤其优选分布在与层叠体7的层叠方向的中央部相对应的位置(未图示)。在此，层叠体7的层叠方向的中央部是指在将层叠体7沿层叠方向3等分时的正中央的区域的部分。层叠体7的层叠方向的活性部、特别是中央部为伸缩程度大的区域，因此，根据该结构，能够获得更长时间的耐久性。

需要说明的是，也可以为在图5所示那样的外部电极构件12的侧面设有具有开口部的狭缝、在与狭缝相对应的位置具有空穴的结构，特别是在含有与狭缝的间隙相同大小的空穴2的导电性粘接剂层10突出到狭缝内部时，外部电极构件12能够在空穴2的周围通过开口部产生牵拉变形，因此能够缓和应力，能够获得更长时间的耐久性。

接下来，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，制成成为压电体层3的陶瓷生片。具体地说，将压电陶瓷的煅烧粉末、由丙烯酸类、丁缩醛系等有机高分子构成的粘合剂、以及可塑剂混合而制成陶瓷浆料。并且，通过使用刮刀法、压延辊法等带式成型法而利用该陶瓷浆料制成陶瓷生片。作为压电陶瓷只要为具有压电特性的陶瓷即可，例如可以使用由锆钛酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)构成的钙钛矿型氧化物等。此外，作为可塑剂可以使用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、酞酸二辛酯(DOP)等。

接下来，制成成为内部电极5的导电性膏剂。具体地说，通过在银-钯合金的金属粉末中添加混合粘合剂及可塑剂而制成导电性膏剂。使用丝网印刷法将该导电性膏剂以内部电极5的图案涂敷在上述的陶瓷生片上。并且，层叠多片该印刷有导电性膏剂的陶瓷生片，在以规定的温度进行脱粘合剂处理后，以900～1200℃的温度进行烧制，由此制成具备交替地层叠的压电体层3及内部电极5的层叠体7。

需要说明的是，层叠体7不局限于通过上述的制造方法制成的构件，只要能够制成层叠多层压电体层3和内部电极层5而成的层叠体7，则通过何种制造方法制成均可。

接下来，使用平面研磨机等对烧制得到的层叠体7实施研磨处理，以使其成为规定的形状。

然后，在将以银为主要成分的导电性粒子和玻璃混合得到的材料中加入粘合剂、可塑剂及溶剂而制成含有银玻璃导电性膏剂，通过丝网印刷法将该含有银玻璃导电性膏剂以金属化层8的图案印刷于层叠体7的侧面并使其干燥，然后，以650～750℃的温度进行烧结处理，形成金属化层8。

接下来，借助导电性粘接剂层10将外部电极构件12接合固定于金属化层8的表面。

导电性粘接剂层10可以使用由含有银粉末、铜粉末等导电性良好的金属粉末的环氧树脂、聚酰亚胺树脂构成的粘接剂。此外，导电性粘接剂层10通过丝网印刷、滴涂方式控制规定的厚度和宽度地形成。

在此，通过在粘接剂中混合容易因粘接剂干燥时的热量溶解而形成空穴的高分子填充剂，例如混合由丙烯、聚乙烯、天然橡胶等构成的珠状的填充剂，从而能够在导电性粘接剂层10中形成空穴2。

具体地说，为了在导电性粘接剂层10上以不在与金属化层8相接的一侧的面开口的方式形成多个空穴2，可以举出例如分两次涂敷粘接剂的方法。此时，在下层涂敷未混合有高分子填充剂的粘接剂，并使其适当地干燥。如此，使与金属化层相接的一侧的面不开口。在其上涂敷混合有高分子填充剂的粘接剂，并使其适当地干燥，形成期望的空穴。此外，虽然也存在预先混合规定量高分子填充剂的方法，但也可以后续使用丝网印刷或滴涂的方法在期望的位置填充高分子填充剂。

例如，图7所示的结构例如是在涂敷未加入高分子填充剂的粘接剂后，通过预先确定了作为空穴2的部分的丝网网格高精度地仅对高分子填充剂进行丝网印刷，并在其上涂敷粘接剂而形成的。然后，高精度地进行定位而设置外部电极构件12即可。

此外，图8所示的结构及图9所示的结构例如是在涂敷未加入高分子填充剂的的粘接剂后，在其上高精度地进行定位而设置外部电极构件12，并从上方高精度地仅滴涂高分子填充剂而形成的。

此外，图10所示的结构例如通过在涂敷未加入高分子填充剂的粘接剂后，在其上高精度地进行定位而设置外部电极构件12，并从上方高精度地仅滴涂高分子填充剂，再通过滴涂器向期望的部位涂敷粘接剂即可。

然后，将引线构件14焊接或者通过焊料、导电性粘接剂接合在外部电极构件12上。在此，在进行焊接的情况下，优选电阻焊接，在通过焊料的情况下，优选焊料箔、焊料膏剂。若连同层叠型压电元件1在内一起进行加热，则压电体层3的极化状态会发生变化，因此优选使用激光等仅对接合部进行局部加热。

然后，在分别连接于一对金属化层8上的外部电极构件12上施加0.1～3kV/mm的直流电场，使构成层叠体7的压电体层3极化，由此完成层叠型压电元件1。该层叠型压电元件1通过经由外部电极构件12将金属化层8和外部的电源相连接而对压电体层3施加电压，由此能够通过逆压电效应使各压电体层3大幅度位移。由此，例如能够作为向发动机喷射供给燃料的机动车用燃料喷射阀发挥功能。

接下来，对本发明的喷射装置的实施方式的示例进行说明。图11是表示本发明的喷射装置的实施方式的一个示例的示意剖视图。

如图11所示，本实施方式的喷射装置19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内配设有能够开闭喷射孔21的针形阀25。在喷射孔21上以能够和针型阀25的动作相应地与喷射孔21连通的方式配设有流体通路27。该流体通路27与外部的流体供给源连结，始终以高压向流体通路27供给流体。因此，当针形阀25使喷射孔21开放时，供给到流体通路27中的流体从喷射孔21向外部或者邻接的容器、例如内燃机的燃料室(未图示)喷出。

针形阀25的上端部形成为大径，成为与形成在收纳容器23中的工作缸29之间能够滑动的活塞31。并且，上述示例的层叠型压电元件1与活塞31相接地收纳在收纳容器23内。

在这样的喷射装置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，针形阀25将与喷射孔21连通的流体通路27封闭，停止流体的供给。此外，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开放而喷射孔21与流体通路27连通，由此从喷射孔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施加电压而使流体通路27开放，通过停止电压的施加而使流体通路27封闭。

此外，本实施方式的喷射装置19也可以构成为具备具有喷射孔的容器23和本实施方式的层叠型压电元件1，蓄积在容器23内的流体通过层叠型压电元件1的驱动而从喷射孔21喷出。即，层叠型压电元件1并非必须位于容器23的内部，只要构成为通过层叠型压电元件1的驱动而向容器23的内部施加用于控制流体的喷射的压力即可。需要说明的是，在本实施方式的喷射装置19中，流体除了包括燃料、墨液等以外，还包括导电性膏剂等各种液体及气体。通过使用本实施方式的喷射装置19，能够长期稳定地控制流体的流量及喷出时机。

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，则与以往的喷射装置相比能够更长时间且高精度地向发动机等的内燃机的燃烧室喷射燃料。

接下来，对本发明的燃料喷射***的实施方式的示例进行说明。图12是表示本发明的燃料喷射***的实施方式的一个示例的示意图。

如图12所示，本实施方式的燃料喷射***35具备：蓄积作为高压流体的高压燃料的共轨37；喷射蓄积在该共轨37中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；向喷射装置19赋予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量及喷射时机。例如，在将喷射控制单元41用于发动机的燃料喷射的情况下，可以一边通过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量及喷射时机。压力泵39起到以高压将流体燃料从燃料箱43向共轨37供给的作用。在例如为发动机的燃料喷射***35的情况下，设为1000～2000气压(约101MPa～约203MPa)左右、优选1500～1700气压(约152MPa～约172MPa)左右的高压地向共轨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，并适当地送入喷射装置19。喷射装置19如上述那样从喷射孔21向外部或相邻接的容器喷射一定的流体。例如，在喷射供给燃料的对象为发动机的情况下，从喷射孔21将高压燃料以雾状向发动机的燃烧室内喷射。

需要说明的是，本发明不局限于上述的实施方式的示例，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，在上述示例中，金属化层8在层叠体7的对置的两个侧面上各形成一个，但也可以将两个金属化层8形成在层叠体7的相邻侧面上，还可以形成在层叠体7的同一侧面上。此外，层叠体7的与层叠方向正交的方向上的剖面的形状除了上述的实施方式示例的四边形状以外，也可以为六边形状、八边形状等多边形状、圆形状、或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例如在压电驱动元件(压电促动器)、压力传感器元件及压电电路元件等中使用。作为驱动元件，例如可以举出机动车发动机的燃料喷射装置、墨液喷射器这样的液体喷射装置、光学装置这样的精密定位装置、振动防止装置。作为传感器元件，例如可以举出燃烧压力传感器、爆震传感器、加速度传感器、负载传感器、超声波传感器、压敏传感器及横摆角速度传感器。此外，作为电路元件，例如可以举出压电回转仪、压电开关、压电变压器及压电断路器。

实施例

以下对本发明的层叠型压电元件的实施例进行说明。

以如下方式制成具备本发明的层叠型压电元件的压电促动器。首先，制成通过混合以平均粒径为0.4μm的锆钛酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)为主要成分的压电陶瓷的煅烧粉末、粘合剂及可塑剂而形成的陶瓷浆料。使用该陶瓷浆料通过刮刀法制成厚度50μm的成为压电体层的陶瓷生片。并且，在银钯合金中加入粘合剂，制成成为内部电极的导电性膏剂。

接下来，在陶瓷生片的一个面上，通过丝网印刷法印刷成为内部电极的导电性膏剂，并层叠200片印刷有导电性膏剂的陶瓷生片。然后，以200片印刷有成为内部电极的导电性膏剂的陶瓷生片为中心，在其上下层叠合计15片未印刷有成为内部电极的导电性膏剂的陶瓷生片。然后，以980～1100℃烧制而得到层叠体。使用平面研磨机将得到的层叠体研磨成规定的形状。

接下来，在层叠体的侧面的金属化层的形成部，通过丝网印刷法印刷在银和玻璃中混合粘合剂而成的导电性膏剂，并以700℃进行烧结处理。由此，在层叠体的侧面形成金属化层。

接下来，经由由银聚酰亚胺材料构成的厚度100μm的导电性粘接剂层将由磷青铜材料构成的厚度100μm的外部电极构件以与层叠体表面平行的方式连接固定在金属化层上。需要说明的是，外部电极构件延伸至比层叠方向上的导电性粘接剂层的端面靠外侧0.5mm的位置，以层叠方向的间隔0.1mm从一方侧面朝向另一方侧面交替地设置合计150条长度为0.8mm、层叠方向的宽度为0.1mm的狭缝(试料编号1)及未设置有狭缝的构件(试料编号2)。

并且，通过电阻焊接在外部电极构件的比导电性粘接剂层的端面延伸出的部位接合引线构件。需要说明的是，引线构件以轴向与层叠方向一致的方式固定，且引线构件的前端位置为距导电性粘接剂层的端面1mm的位置。

通过以上方式制成本发明实施例的层叠型压电元件(试料编号1及试料编号2)。

另一方面，作为比较例，制成了未设置导电性粘接剂层及外部电极构件而将引线构件通过焊料直接接合在金属化层上的层叠型压电元件(试料编号3)。

对制成的各层叠型压电元件，经由引线构件对外部电极构件施加15分钟的3kV/mm的直流电场，由此进行了极化处理。对上述的层叠型压电元件施加160V的直流电压，结果在层叠体的层叠方向上获得了30μm的位移量。

并且，在室温下以150Hz的频率施加0V～+160V的交流电压，并连续驱动1×10⁸次而进行了耐久性试验。

结果可知，本发明的实施例的层叠型压电元件(试料编号1及试料编号2)在连续驱动1×10⁸次的情况下也未在层叠体及引线构件的接合部产生裂纹。并且，外部电极构件未发生剥离。

与此相对，比较例的层叠型压电元件(试料编号3)在引线构件的接合部产生微小裂纹，且在接合部产生火花而停止了驱动。

符号说明

1…层叠型压电元件

2…空穴

3…压电体层

5…内部电极

7…层叠体

8…金属化层

10…导电性粘接剂层

12…外部电极构件

14…引线构件

19…喷射装置

21…喷射孔

23…收纳容器(容器)

25…针形阀

27…流体通路

29…工作缸

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，

该层叠型压电元件包括：层叠压电体层及内部电极而成的层叠体；设置在该层叠体的侧面并与所述内部电极电连接的金属化层；借助导电性粘接剂层设置在所述金属化层上的外部电极构件；与该外部电极构件接合的引线构件。

2.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述外部电极构件延伸至比层叠方向上的所述导电性粘接剂层的端面靠外侧的位置，所述外部电极构件与所述引线构件的接合部位于比所述导电性粘接剂层的端面靠外侧的位置。

3.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述外部电极构件延伸至比层叠方向上的所述层叠体的端面靠外侧的位置，所述外部电极构件与所述引线构件的接合部位于比所述层叠体的端面靠外侧的位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，

在所述导电性粘接剂层上，以不在与所述金属化层相接的一侧的面开口的方式具有多个空穴。

5.根据权利要求4所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述外部电极构件为网眼结构的电极，所述空穴位于与所述外部电极构件的网眼相对应的位置。

6.根据权利要求5所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述空穴在所述导电性粘接剂层的与所述外部电极构件相接的一侧的面开口。

7.根据权利要求6所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述空穴以与所述外部电极构件的网眼相同的大小开口。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述空穴分布在与所述层叠体的层叠方向的中央部相对应的位置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述外部电极构件由薄板状的金属构成。

10.根据权利要求9所述的层叠型压电元件，其特征在于，

在所述外部电极构件上从一方侧面朝向另一方侧面交替地设置有狭缝。

11.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，

所述外部电极构件和所述引线构件通过焊接而接合。

12.一种喷射装置，其特征在于，

该喷射装置具备：具有喷射孔的容器和权利要求1所述的层叠型压电元件，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被从所述喷射孔喷出。

13.一种燃料喷射***，其特征在于，

该燃料喷射***具备：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12所述的喷射装置；向所述共轨供给所述高压燃料的压力泵；向所述喷射装置赋予驱动信号的喷射控制单元。