JP2011176114A - Laminated piezoelectric element and injection device including the same, as well as fuel injection system - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated piezoelectric element which is free from cracks occurring at a border between an inactive area and an active area due to thermal stress, can be stably driven for a long time and is excellent in reliability. <P>SOLUTION: The laminated piezoelectric element 1 includes: an active area laminate 6 made of piezoelectric layers 3 and internal electrode layers 2; a columnar laminate 8 including an inactive area laminate 7 with the piezoelectric layers 3 laminated disposed at both ends in the lamination direction of the laminate 8; an external electrode layer 4 connected in the lamination direction on a pair of side faces of the laminate 8; and a coat layer 5 for covering the side face of the laminate 8 together with the external electrode layer 4 from the active area 6 to the inactive area 7. The coat layer 5 is thinner on a side face of the active area 6 than in a side face of the inactive area 7. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&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として用いられる積層型圧電素子、これを備えた自動車エンジンの燃料噴射装置等の噴射装置および自動車エンジン等の燃料噴射システムに関する。   The present invention relates to, for example, a driving element (piezoelectric actuator) using a piezoelectric body, a laminated piezoelectric element used as a sensor element or a circuit element, an injection device such as a fuel injection device of an automobile engine equipped with the piezoelectric element, and an automobile engine. The present invention relates to a fuel injection system.

従来の積層型圧電素子は、例えば、圧電体層および内部電極層を交互に積層した積層体と、この積層体の一対の側面のそれぞれに接合され、内部電極層に電気的に接続された一対の外部電極層と、積層体の側面を被覆する被覆層とを含む構成になっている（例えば、特許文献１を参照）。   A conventional multilayer piezoelectric element includes, for example, a laminate in which piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately laminated, and a pair that is bonded to each of a pair of side surfaces of the laminate and electrically connected to the internal electrode layer. The external electrode layer and a coating layer that covers the side surface of the laminated body are included (see, for example, Patent Document 1).

具体的には、内部電極層が一層おきに積層体の対向する一対の側面に交互に露出するように積層され、一対の外部電極（正極の外部電極および負極の外部電極）に交互に接続されている。ここで、積層体の積層方向の両端には圧電体層が配置されていて、積層体は、内側の電圧印加によって伸縮駆動する活性部と、両端の伸縮駆動しない不活性部とに分けることができる。そして、被覆層は、積層体の側面に露出する内部電極層の端面と外部電極層の表面とを含み、活性部から不活性部にかけて均一の厚みに形成されている。   Specifically, the internal electrode layers are laminated so that every other layer is alternately exposed on a pair of opposite side surfaces of the laminate, and alternately connected to a pair of external electrodes (positive external electrode and negative external electrode). ing. Here, piezoelectric layers are arranged at both ends in the stacking direction of the stacked body, and the stacked body can be divided into an active portion that is expanded and contracted by applying an internal voltage and an inactive portion that is not expanded and contracted at both ends. it can. The covering layer includes the end face of the internal electrode layer exposed on the side surface of the laminate and the surface of the external electrode layer, and is formed to have a uniform thickness from the active part to the inactive part.

このような従来の積層型圧電素子は、まず、圧電体層の原料を含むセラミックグリーンシートに、内部電極層となる導電性ペーストを所定のパターンで印刷する。次に、導電性ペーストを印刷したセラミックグリーンシートを複数枚積層して積層成形体を作製し、これを焼成することによって積層体を得る。その後、積層体の対向する一対の側面に外部電極となる導電性ペーストを塗布し、焼成することによって、一対の外部電極を形成した後、電着塗装やディッピングにより被覆層を形成して得ることができる。（例えば、特許文献２を参照）。   In such a conventional multilayer piezoelectric element, first, a conductive paste serving as an internal electrode layer is printed in a predetermined pattern on a ceramic green sheet containing a raw material for the piezoelectric layer. Next, a plurality of ceramic green sheets on which a conductive paste is printed are laminated to produce a laminated molded body, which is fired to obtain a laminated body. Thereafter, a pair of external electrodes is formed by applying and baking a conductive paste to be an external electrode on a pair of opposing side surfaces of the laminate, and then forming a coating layer by electrodeposition coating or dipping. Can do. (For example, see Patent Document 2).

特開2003−347621号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-347621 特開平７−7193号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-7193

ここで、積層型圧電素子は、コンデンサ等の電子部品と異なり、駆動時に活性部を構成する圧電体層が連続的に寸法変化を起こすために、自己発熱して高温になる。一方、不活性部を構成する圧電体層は寸法変化しないので、自己発熱がない。したがって、不活性部では活性部からの熱伝達による温度上昇があるものの、活性部と不活性部との間で温度差が生じ、これによる熱応力が発生する。積層体の側面に被覆層が形成されない場合は、積層体の側面から熱が放散されるため、活性部と不活性部との間の温度差によって生じる熱応力は小さいが、積層体の側面に均一厚みに被覆層が形成されていると、熱が十分に放散されず、活性部と不活性部との間の温度差によって生じる熱応力が大きくなる。そのため、積層体における不活性部と活性部との境界に、クラックが生じるおそれがあった。   Here, unlike an electronic component such as a capacitor, the multilayer piezoelectric element is self-heated to a high temperature because the piezoelectric layer constituting the active portion continuously undergoes a dimensional change during driving. On the other hand, the piezoelectric layer constituting the inactive portion does not change in size, and thus does not generate heat. Therefore, although there is a temperature increase due to heat transfer from the active part in the inactive part, a temperature difference occurs between the active part and the inactive part, and a thermal stress is generated due to this temperature difference. When the coating layer is not formed on the side surface of the laminate, heat is dissipated from the side surface of the laminate, so the thermal stress caused by the temperature difference between the active part and the inactive part is small, When the coating layer is formed with a uniform thickness, heat is not sufficiently dissipated, and thermal stress caused by a temperature difference between the active portion and the inactive portion increases. Therefore, there is a possibility that a crack may occur at the boundary between the inactive part and the active part in the laminate.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、不活性部と活性部との境界の温度差による熱応力を小さく抑え、熱応力によるクラックが生じないようにした長期信頼性に優れた積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システムを提供することを目的とする。   The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and suppresses thermal stress due to the temperature difference between the boundary between the inactive portion and the active portion to be small, and prevents cracks due to thermal stress from occurring for a long time. It is an object of the present invention to provide a laminated piezoelectric element having excellent reliability, an injection device including the same, and a fuel injection system.

本発明の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が交互に複数積層されてなる活性部および該活性部の積層方向の両端に配置されたそれぞれ圧電体層が複数積層されてなる不活性部を有する柱状の積層体と、該積層体の一対の側面に積層方向にそれぞれ被着されて前記内部電極層が一層おきに交互に電気的に接続された一対の外部電極層と、前記積層体の側面を前記活性部から前記不活性部にかけて前記外部電極層とともに被覆する被覆層とを含む積層型圧電素子であって、前記被覆層は、前記不活性部の側面における厚みよりも前記活性部の側面における厚みが薄いことを特徴とするものである。   The multilayer piezoelectric element of the present invention is an active portion in which a plurality of piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately stacked, and a plurality of piezoelectric layers disposed at both ends in the stacking direction of the active portion. A columnar stacked body having an active portion, a pair of external electrode layers that are respectively attached to a pair of side surfaces of the stacked body in the stacking direction, and the internal electrode layers are electrically connected alternately every other layer; A laminated piezoelectric element including a covering layer that covers a side surface of the multilayer body from the active portion to the inactive portion together with the external electrode layer, wherein the covering layer has a thickness greater than a thickness at a side surface of the inactive portion. It is characterized in that the thickness on the side surface of the active part is thin.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記構成において、前記被覆層が樹脂で形成されていることを特徴とするとするものである。   The multilayer piezoelectric element of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the coating layer is formed of a resin.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記構成において、前記被覆層がすべての面において不活性部の厚みよりも前記活性部の厚みが薄いことを特徴とするものである。   Moreover, the multilayer piezoelectric element of the present invention is characterized in that, in the above-described configuration, the thickness of the active portion is smaller than the thickness of the inactive portion on all surfaces of the coating layer.

本発明の噴射装置は、噴射孔を有する容器と、上記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 the multilayer piezoelectric element according to the present invention, and fluid stored in the container is discharged from the ejection hole by driving the multilayer piezoelectric element. It is characterized by this.

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、被覆層は、不活性部の側面における厚みよりも活性部の側面における厚みが薄いことから、活性部で自己発熱した熱が逃げやすくなり活性部の温度上昇を抑えることができる。また、不活性部の被覆層が厚いことから、活性部から不活性部に伝わった熱がこもって不活性部の温度が上昇しやすくなるので、活性部と不活性部との温度差が小さくなる。したがって、活性部と不活性部との境界の熱応力が小さくなり、クラックの発生を抑制することができる。   According to the multilayer piezoelectric element of the present invention, since the coating layer is thinner on the side surface of the active part than on the side surface of the inactive part, the heat generated by the active part easily escapes and the temperature of the active part The rise can be suppressed. In addition, since the coating layer of the inactive part is thick, the heat transmitted from the active part to the inactive part is trapped and the temperature of the inactive part is likely to rise, so the temperature difference between the active part and the inactive part is small. Become. Therefore, the thermal stress at the boundary between the active part and the inactive part is reduced, and the generation of cracks can be suppressed.

また、活性部における被覆層が薄いことで弾性率が低くなり、被覆層が伸びやすくなる。   Further, since the coating layer in the active part is thin, the elastic modulus is lowered and the coating layer is easily stretched.

さらに、被覆層が樹脂で形成されているときには、樹脂は伸びやすいから、発熱した活性部が伸びたときに樹脂が薄くなって、熱が効果的に放散され、活性部の温度上昇を抑えられる。一方、伸びない不活性部の被覆層は厚みを維持でき、さらに樹脂自体の熱伝導性が低いので、熱が放散されにくく、活性部と不活性部との温度差が小さくなり、活性部と不活性部との境界の熱応力がより小さくなる。   Further, when the coating layer is formed of a resin, the resin is easily stretched, so that when the heated active part is stretched, the resin is thinned, heat is effectively dissipated, and the temperature rise of the active part can be suppressed. . On the other hand, the coating layer of the inactive part that does not stretch can maintain the thickness, and furthermore, since the thermal conductivity of the resin itself is low, heat is hardly dissipated, and the temperature difference between the active part and the inactive part becomes small, and the active part and The thermal stress at the boundary with the inactive part becomes smaller.

本発明の噴射装置は、噴射孔を有する容器と、上記本発明の積層型圧電素子とを備え、容器内に蓄えられた流体が積層型圧電素子の駆動により噴射孔から吐出されることから、信頼性および耐久性の高い積層型圧電素子を用いているために、信頼性および耐久性の高い噴射装置となる。   The injection device of the present invention comprises a container having an injection hole and the multilayer piezoelectric element of the present invention, and the fluid stored in the container is discharged from the injection hole by driving the multilayer piezoelectric element. Since the multilayer piezoelectric element having high reliability and durability is used, the injection device has high reliability and durability.

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、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射する上記本発明の噴射装置と、コモンレールに高圧燃料を供給する圧力ポンプと、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から、信頼
性および耐久性の高い噴射装置を用いているために、信頼性および耐久性の高い燃料噴射システムとなる。 The fuel injection system of the present invention includes a common rail that stores high-pressure fuel, the above-described injection device of the present invention that injects high-pressure fuel stored in the common rail, a pressure pump that supplies high-pressure fuel to the common rail, and a drive signal to the injection device. Since the injection control unit is provided, since the highly reliable and durable injection device is used, the fuel injection system is highly reliable and durable.

本発明の積層型圧電素子について実施の形態の一例を示す一部透視斜視図である。1 is a partially transparent perspective view showing an example of an embodiment of a multilayer piezoelectric element of the present invention. 図１に示す積層型圧電素子の外部電極層および被覆層が形成された部位の縦断面を拡大した要部拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged vertical cross-sectional view of a main part in which a vertical cross section of a portion where an external electrode layer and a coating layer of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. 1 are formed is enlarged. （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の積層型圧電素子における被覆層についての他の例を示す一部拡大縦断面図である。(A)-(c) is a partially expanded longitudinal cross-sectional view which shows the other example about the coating layer in the multilayer piezoelectric element of this invention, respectively. 本発明の噴射装置について実施の形態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of embodiment about the injection apparatus of this invention. 本発明の燃料噴射システムについて実施の形態の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of embodiment about the fuel-injection system of this invention.

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における実施の形態の一例を示す一部透視斜視図であり、図２は、図１に示す積層型圧電素子の外部電極層および被覆層が形成された部位の縦断面を拡大した要部拡大縦断面図である。   FIG. 1 is a partially transparent perspective view showing an example of an embodiment of a multilayer piezoelectric element according to the present invention. FIG. 2 is a diagram in which an external electrode layer and a coating layer of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. 1 are formed. It is the principal part expansion longitudinal cross-sectional view which expanded the longitudinal cross-section of the site | part.

図１および図２に示すように、本例の積層型圧電素子１は、圧電体層３および内部電極層２が交互に複数積層されてなる活性部６と該活性部の積層方向の両端に配置されたそれぞれ圧電体層が複数積層されてなる不活性部７を有する柱状の積層体８と、積層体８の一対の側面に積層方向にそれぞれ被着されて内部電極層２が一層おきに交互に電気的に接続された一対の外部電極層４と、積層体８の側面を活性部６から不活性部７にかけて外部電極層４とともに被覆する被覆層５とを含み、被覆層５は不活性部７の側面における厚みよりも活性部６の側面における厚みが薄いことを特徴とするものである。   As shown in FIGS. 1 and 2, the multilayer piezoelectric element 1 of this example includes an active portion 6 in which a plurality of piezoelectric layers 3 and internal electrode layers 2 are alternately stacked, and both ends of the active portion in the stacking direction. A columnar laminated body 8 having an inactive portion 7 in which a plurality of arranged piezoelectric layers are laminated, and a pair of side surfaces of the laminated body 8 are respectively attached in a laminating direction, and the internal electrode layers 2 are formed every other layer. It includes a pair of external electrode layers 4 that are alternately electrically connected and a coating layer 5 that covers the side surface of the laminate 8 from the active portion 6 to the inactive portion 7 together with the external electrode layer 4. The thickness on the side surface of the active part 6 is smaller than the thickness on the side surface of the active part 7.

積層型圧電素子１を構成する積層体８は、圧電体層３と内部電極層２とが交互に積層され、内部電極層２は正極と負極とが１層おきに交互に形成されてなるものである。積層体８は、例えば縦0.5〜10ｍｍ、横0.5〜10ｍｍ、高さ１〜100ｍｍ程度の直方体状に形成さ
れている。なお、図１に示す積層体８は四角柱状に形成されたものであるが、この形状に限定されず、例えば六角柱形状や八角柱形状などであってもよい。さらに、直径0.5〜10
ｍｍ高さ１〜100ｍｍ程度の円柱形状であってもよい。 A laminated body 8 constituting the laminated piezoelectric element 1 is formed by alternately laminating piezoelectric layers 3 and internal electrode layers 2, and the internal electrode layer 2 is formed by alternately forming positive and negative electrodes every other layer. It is. The laminated body 8 is formed in a rectangular parallelepiped shape having a length of 0.5 to 10 mm, a width of 0.5 to 10 mm, and a height of 1 to 100 mm, for example. 1 is formed in a quadrangular prism shape, but is not limited to this shape, and may be, for example, a hexagonal prism shape or an octagonal prism shape. Furthermore, the diameter 0.5-10
A cylindrical shape with a height of about 1 to 100 mm may be used.

積層体８を構成する圧電体層３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）（以下、ＰＺＴともいう），チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等を主成分とする圧電性を有するセラミック材料で形成されている。圧電体層３としては、圧電性を有するセラミックスからなるものであればよく、小さな入力電圧によって積層体８を伸縮駆動させることができるように、圧電歪み定数ｄ33が高いもの（200〜1000程度）がよい。また
、圧電体層３の厚み、すなわち内部電極層２間の間隔は、３μｍ〜0.25ｍｍ程度がよい。この範囲内とすることにより、積層体８の小型化が可能であり、また、高い電圧を印加することができ、積層体８においてより大きな変位量を得ることができる。 The piezoelectric layer 3 constituting the multilayer body 8 is a piezoelectric material mainly composed of, for example, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O ₃ ) (hereinafter also referred to as PZT), barium titanate (BaTiO ₃ ), or the like. It is made of a ceramic material having properties. The piezoelectric layer 3 may be made of a ceramic having piezoelectricity, and has a high piezoelectric strain constant d33 (about 200 to 1000) so that the laminate 8 can be extended and contracted by a small input voltage. Is good. The thickness of the piezoelectric layer 3, that is, the interval between the internal electrode layers 2 is preferably about 3 μm to 0.25 mm. By setting it within this range, the stacked body 8 can be downsized, a high voltage can be applied, and a larger amount of displacement can be obtained in the stacked body 8.

内部電極層２は、例えば、電気抵抗が小さく、取り扱いの容易な銀、あるいは銀−パラジウム合金，銀−白金合金，銀−金合金等の銀を主成分とする合金を含む金属、またはセラミックスのような無機材からなるもの（銀およびチタン酸バリウムの焼結体）で形成されている。なお、銀を主成分とするとは、銀の含有量が最大であることを意味する。この
内部電極層２は、圧電体層３の主面の全体には形成されておらず、外部電極層４に接続された側と反対側に非形成部を有する、いわゆる部分電極構造となっている。部分電極構造の複数の内部電極層２は、一層おきに積層体８の対向する側面にそれぞれ露出するように配置され、一層おきに一対の外部電極層４に交互に電気的に接続されている。なお、図１では、対向する一対の側面の一方に正極となる内部電極層２が露出し、他方に負極となる内部電極層２が露出していて、対向する他の一対の側面に正極および負極の両極が露出している。 The internal electrode layer 2 is made of, for example, silver having a low electrical resistance and easy handling, or a metal containing a silver-based alloy such as a silver-palladium alloy, a silver-platinum alloy, or a silver-gold alloy, or a ceramic. It is made of such an inorganic material (a sintered body of silver and barium titanate). In addition, having silver as a main component means that the silver content is maximum. The internal electrode layer 2 is not formed on the entire main surface of the piezoelectric layer 3 and has a so-called partial electrode structure having a non-formed portion on the side opposite to the side connected to the external electrode layer 4. Yes. The plurality of internal electrode layers 2 of the partial electrode structure are arranged so as to be exposed at opposite side surfaces of the laminated body 8 every other layer, and are alternately electrically connected to the pair of external electrode layers 4 every other layer. . In FIG. 1, the internal electrode layer 2 serving as a positive electrode is exposed on one of a pair of side surfaces facing each other, and the internal electrode layer 2 serving as a negative electrode is exposed on the other side. Both electrodes of the negative electrode are exposed.

内部電極層２が一層おきに交互に電気的に接続された一対の外部電極層４は、積層体８の対向する一対の側面に積層方向にそれぞれ被着されている（図１および図２において、一方の外部電極層は不図示）。外部電極層４は、内部電極層２と同様に、銀、あるいは銀−パラジウム合金，銀−白金合金，銀−金合金等の銀を主成分とする合金を含む金属、または銀およびガラスからなるもの（銀およびガラスの焼結体）で形成されている。それぞれの外部電極層４（正極となる内部電極層２に電気的に接続された外部電極層４、負極となる内部電極層２に電気的に接続された外部電極層４）には、それぞれ外部リード部材（図示せず）が半田などによって取り付けられる。そして、一対の外部電極層４を通じて、上下に隣り合う内部電極層２間に所定の電圧を印加することにより、活性部６を構成する各圧電体層３が逆圧電効果によって変位するようになっている。なお、一対の外部電極層４は、対向する一対の側面に限らず、積層体８の隣接する２つの側面に形成されるようにしてもよく、この場合、外部電極層４が形成される側面に内部電極層２の正極および負極のうちの一方が露出するように内部電極層２を形成すればよい。   A pair of external electrode layers 4 in which the internal electrode layers 2 are alternately electrically connected every other layer are respectively deposited in a stacking direction on a pair of opposite side surfaces of the stacked body 8 (in FIGS. 1 and 2). One external electrode layer is not shown). Similar to the internal electrode layer 2, the external electrode layer 4 is made of silver or a metal containing a silver-based alloy such as a silver-palladium alloy, a silver-platinum alloy, or a silver-gold alloy, or silver and glass. It is made of a material (a sintered body of silver and glass). Each external electrode layer 4 (the external electrode layer 4 electrically connected to the internal electrode layer 2 serving as the positive electrode and the external electrode layer 4 electrically connected to the internal electrode layer 2 serving as the negative electrode) is externally connected. A lead member (not shown) is attached by solder or the like. Then, by applying a predetermined voltage between the upper and lower internal electrode layers 2 through the pair of external electrode layers 4, each piezoelectric layer 3 constituting the active portion 6 is displaced by the inverse piezoelectric effect. ing. The pair of external electrode layers 4 is not limited to the pair of side surfaces facing each other, and may be formed on two adjacent side surfaces of the stacked body 8. In this case, the side surfaces on which the external electrode layer 4 is formed The internal electrode layer 2 may be formed so that one of the positive electrode and the negative electrode of the internal electrode layer 2 is exposed.

ここで、積層体８は、圧電体層３および内部電極層２が交互に複数積層されてなる伸縮駆動する活性部６と、活性部６の積層方向の両端に配置されたそれぞれ圧電体層３が複数積層されてなる伸縮駆動しない不活性部７とを有している。不活性部７には内部電極層２が配置されていないので、積層体８に電圧を印加しても不活性部７には変位（伸縮）が生じない。   Here, the laminated body 8 includes an active portion 6 that is extended and driven in which a plurality of piezoelectric layers 3 and internal electrode layers 2 are alternately stacked, and the piezoelectric layer 3 that is disposed at both ends of the active portion 6 in the stacking direction. And an inactive portion 7 that is not stretched and driven. Since the internal electrode layer 2 is not disposed in the inactive portion 7, no displacement (stretching) occurs in the inactive portion 7 even when a voltage is applied to the stacked body 8.

積層体８の側面には、活性部６から不活性部７にかけて外部電極層４とともに被覆する被覆層５が形成されている。   On the side surface of the laminate 8, a coating layer 5 that covers the active portion 6 and the inactive portion 7 together with the external electrode layer 4 is formed.

具体的には、この被覆層５は、活性部６に形成されるとともに、活性部６と不活性部７との境界から不活性部７に入り込んだ領域まで形成されている。そして、この活性部６と不活性部７との境界から不活性部７に入り込んだ領域まで形成されているとは、少なくとも活性部６における圧電体層３の厚み（内部電極層２間の間隔）以上の距離まで形成されていればよく、必ずしも不活性部７の全域に形成されなくてもよいことを意味している。例えば、この距離は３μｍ以上あればよく、好ましくは0.1ｍｍ以上、より好ましくは0.2ｍｍ以上であり、この距離の領域まで形成されれば、活性部６と不活性部７との境界の熱応力を低減できる。   Specifically, the coating layer 5 is formed on the active portion 6 and is formed from the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 to a region that enters the inactive portion 7. The formation from the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 to the region entering the inactive portion 7 means that at least the thickness of the piezoelectric layer 3 in the active portion 6 (the interval between the internal electrode layers 2). ) As long as it is formed up to the above distance, which means that it does not necessarily have to be formed in the entire area of the inactive portion 7. For example, the distance may be 3 μm or more, preferably 0.1 mm or more, and more preferably 0.2 mm or more. If the distance is formed up to the region, the thermal stress at the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 is sufficient. Can be reduced.

また、外部電極層４は活性部６から不活性部７にかけて形成されるため、被覆層５は外部電極層４の表面にも形成される。ここで、外部電極層４には後述するように外部リード部材（図示せず）が電気的に接続されることから、この外部リード部材（図示せず）を電気的に接続するための一部を残して、外部電極層４の表面に被覆層５が形成されることとなる。   Further, since the external electrode layer 4 is formed from the active portion 6 to the inactive portion 7, the coating layer 5 is also formed on the surface of the external electrode layer 4. Here, since an external lead member (not shown) is electrically connected to the external electrode layer 4 as described later, a part for electrically connecting the external lead member (not shown). Thus, the coating layer 5 is formed on the surface of the external electrode layer 4.

そして、被覆層５は不活性部７の側面における厚みよりも活性部６の側面における厚みが薄いことが重要である。この構成により、自己発熱した熱が逃げやすくなり活性部６の温度上昇を抑えることができる。また、不活性部７の被覆層５が厚いことから、活性部６から不活性部７に伝わった熱がこもって不活性部７の温度が上昇しやすくなるので、活性
部６と不活性部７との温度差が小さくなる。したがって、活性部６と不活性部７との境界の熱応力が小さくなり、クラックを抑制することができる。 And it is important that the coating layer 5 has a smaller thickness on the side surface of the active portion 6 than on the side surface of the inactive portion 7. With this configuration, the self-generated heat can easily escape and the temperature rise of the active portion 6 can be suppressed. Further, since the coating layer 5 of the inactive part 7 is thick, the heat transmitted from the active part 6 to the inactive part 7 is trapped, and the temperature of the inactive part 7 is likely to rise. The temperature difference from 7 is reduced. Therefore, the thermal stress at the boundary between the active part 6 and the inactive part 7 is reduced, and cracks can be suppressed.

さらに、活性部６における被覆層５が薄いことで、弾性率が低く活性部の拘束が小さくなるので、伸びやすくなる。   Furthermore, since the coating layer 5 in the active part 6 is thin, the elastic modulus is low and the restraint of the active part becomes small, so that it becomes easy to stretch.

被覆層５の形成については、スクリーン印刷法、ディッピング法、エアロゾルデポジション法、化学気相法、あるいは物理蒸着法（スパッタリング法）があげられる。   Examples of the formation of the coating layer 5 include screen printing, dipping, aerosol deposition, chemical vapor deposition, and physical vapor deposition (sputtering).

具体的には、不活性部７の側面における厚みを活性部６の側面よりも厚く形成するために、スクリーン印刷法やディッピング法の場合は、活性部６から不活性部７にかけて、一旦被覆層を形成した後に不活性部７だけを選択的に被覆層５の上からさらに被覆層５を形成する。また、この場合は、被覆層を構成する成分を溶剤等に薄めたペーストを用いるので、被覆層を構成する成分の含有率を多くしたペーストを、不活性部７に塗布することで、不活性部７における被覆層５の厚みを厚くすることもできる。   Specifically, in order to form the thickness on the side surface of the inactive portion 7 thicker than the side surface of the active portion 6, in the case of the screen printing method or dipping method, the coating layer is once applied from the active portion 6 to the inactive portion 7. After forming the coating layer 5, only the inactive portion 7 is selectively formed on the coating layer 5 to further form the coating layer 5. Further, in this case, since a paste in which the component constituting the coating layer is diluted with a solvent or the like is used, the paste having a higher content of the component constituting the coating layer is applied to the inactive portion 7 to be inactive. The thickness of the coating layer 5 in the part 7 can also be increased.

また、エアロゾルデポジション法、化学気相法または物理蒸着法（スパッタリング法）の場合は、不活性部７の被覆層５を２段階に形成する方法でもよく、不活性部７の被覆層５の形成時間を長くしてもよい。   In the case of an aerosol deposition method, a chemical vapor deposition method or a physical vapor deposition method (sputtering method), a method of forming the coating layer 5 of the inactive portion 7 in two stages may be used. The formation time may be lengthened.

ここで、活性部６の被覆厚みは、１μｍ〜１ｍｍであるのが好ましい。厚みが１μｍより小さいと、絶縁させる機能が低下する傾向があり、厚みが１ｍｍを超えると活性部６の熱の放散が十分でなくなる傾向があり、活性部６の温度が高くなって不活性部７との温度差による熱応力が大きくなるおそれがあるからである。好ましくは、３μｍ〜0.5ｍｍ、
より好ましくは10μｍ〜0.1ｍｍである。 Here, the coating thickness of the active part 6 is preferably 1 μm to 1 mm. If the thickness is less than 1 μm, the insulating function tends to be reduced, and if the thickness exceeds 1 mm, the heat dissipation of the active part 6 tends to be insufficient, and the temperature of the active part 6 becomes high and the inactive part is increased. This is because the thermal stress due to the temperature difference from 7 may increase. Preferably, 3 μm to 0.5 mm,
More preferably, it is 10 μm to 0.1 mm.

一方、不活性部７の被覆厚みは、活性部６の被覆厚みよりも厚いことを前提として、３μｍ〜1.5ｍｍであるのが好ましい。厚みが３μｍより小さいと、不活性部７の熱が放散
されてしまい、不活性部７の温度上昇がともなわず、活性部６との温度差による熱応力が大きくなる傾向がある。厚みが1.5ｍｍを超えると、熱が放散されにくいので熱応力に影
響はないが、その形成が難しくなる。好ましくは、５μｍ〜1.0ｍｍ、より好ましくは15
μｍ〜0.15ｍｍである。 On the other hand, the coating thickness of the inactive portion 7 is preferably 3 μm to 1.5 mm on the premise that the coating thickness of the active portion 6 is thicker. If the thickness is less than 3 μm, the heat of the inactive part 7 is dissipated, the temperature of the inactive part 7 does not increase, and the thermal stress due to the temperature difference from the active part 6 tends to increase. If the thickness exceeds 1.5 mm, heat is not easily dissipated, so there is no effect on thermal stress, but its formation becomes difficult. Preferably, 5 μm to 1.0 mm, more preferably 15
It is μm to 0.15 mm.

なお、被覆層５の被覆厚みは、製造時には積層体８の側面に直接または外部電極層４の表面上に被覆層５を形成した厚みから、この被覆層５を形成する前の厚みを差し引いて計測することができ、製造後の製品においては切断した断面を工具顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で計測することができる。ここで、例えば被覆層５における積層体８の側面に直接形成した領域と外部電極層４の表面上の領域との被覆厚みが同じ場合は、外部電極層４の厚み分だけ段差ができることとなる。   The coating thickness of the coating layer 5 is obtained by subtracting the thickness before forming the coating layer 5 from the thickness of the coating layer 5 formed directly on the side surface of the laminate 8 or on the surface of the external electrode layer 4 at the time of manufacture. It is possible to measure, and in a manufactured product, a cut section can be measured with a tool microscope or a scanning electron microscope (SEM). Here, for example, when the coating thickness of the region directly formed on the side surface of the laminate 8 in the coating layer 5 and the region on the surface of the external electrode layer 4 are the same, a step is formed by the thickness of the external electrode layer 4. .

ここで、被覆層５は、積層体８の側面のうちの少なくとも１面に形成されていれば、活性部６と不活性部７との境界の熱応力が小さくなり、クラックの発生を抑制するとの効果が得られるが、積層体８の側面のうちの全ての面において不活性部７における厚みよりも活性部６における厚みが薄いことが好ましく、これにより、積層体８の外周全体にわたって活性部と不活性部との温度差が小さくなることから、活性部と不活性部との境界の熱応力をより低減させることができる。   Here, if the coating layer 5 is formed on at least one of the side surfaces of the laminate 8, the thermal stress at the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 is reduced, and the generation of cracks is suppressed. However, it is preferable that the thickness of the active portion 6 is thinner than the thickness of the inactive portion 7 on all the side surfaces of the stacked body 8. Therefore, the thermal stress at the boundary between the active part and the inactive part can be further reduced.

被覆層５の材質は、無機材（セラミックス、ガラス）や有機材（樹脂）等の絶縁物であることが好ましく、特に樹脂であることが好ましい。樹脂は伸縮し易いことから、被覆層５が樹脂で形成されていることで、発熱した活性部６が伸びた時に樹脂が薄くなって、熱
を効果的に散逸でき、活性部６の温度上昇を抑えられる。一方、伸びない不活性部７の被覆層５はその厚みを維持でき、さらに樹脂自体の熱伝導が低く、熱が散逸しにくいので、活性部６と不活性部７との温度差が小さくなり、活性部６と不活性部７との境界の熱応力が小さくなり、クラックが生じにくくなる。 The material of the covering layer 5 is preferably an insulator such as an inorganic material (ceramics or glass) or an organic material (resin), and is particularly preferably a resin. Since the resin easily expands and contracts, the coating layer 5 is formed of a resin, so that when the heated active part 6 is stretched, the resin becomes thin and heat can be effectively dissipated, and the temperature of the active part 6 increases. Can be suppressed. On the other hand, the coating layer 5 of the inactive part 7 that does not stretch can maintain its thickness, and since the heat conduction of the resin itself is low and the heat is not easily dissipated, the temperature difference between the active part 6 and the inactive part 7 is reduced. The thermal stress at the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 is reduced, and cracks are less likely to occur.

なお、樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂等のヤング率が低く、熱伝導性が低いものが挙げられる。   Examples of the resin include those having low Young's modulus and low thermal conductivity such as silicone resin, epoxy resin, acrylic resin, urethane resin, and fluororesin.

また、被覆層５の形状は、図２に示すような活性部６と不活性部７との境界付近で急激に厚みが変化する構成に限らず、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように種々の構成とすることができる。   Moreover, the shape of the coating layer 5 is not limited to the configuration in which the thickness changes abruptly in the vicinity of the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 as shown in FIG. Various configurations can be adopted.

図３（ａ）は、柱状の積層体８の積層方向において、活性部６から不活性部７にかけて被覆層５の厚みが徐々に厚くなる、換言すれば発熱の多い領域から発熱の無い領域にかけて傾斜があるものであり、この構成によれば、活性部６の中央に向かって徐々に熱の放散性をよくすることができ、活性部６と不活性部７との境界の熱応力を緩和することができる。   FIG. 3A shows that the thickness of the coating layer 5 gradually increases from the active portion 6 to the inactive portion 7 in the stacking direction of the columnar laminate 8, in other words, from a region where heat is generated to a region where heat is not generated. In this configuration, heat dissipation can be gradually improved toward the center of the active portion 6, and the thermal stress at the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 can be reduced. can do.

なお、図３（ａ）に示す被覆層５は、積層体８（活性部６）の中央を起点として徐々に厚みが厚くなるように形成されたものであるが、この起点は積層体８の中央に限定されず、例えば、活性部６の大部分が前述の厚み１μｍ〜１ｍｍに形成され、活性部６と不活性部７との境界から圧電体層３の厚み（内部電極層２間の間隔）以上の距離の点、例えば活性部６の領域内に３μｍ〜１ｍｍ入り込んだ点を起点として、この点から徐々に厚みが厚くなるようにしてもよく、好ましくは0.01〜0.5ｍｍ、より好ましくは0.05〜0.2ｍｍの点を起点としてもよい。   The covering layer 5 shown in FIG. 3A is formed so that the thickness gradually increases starting from the center of the laminated body 8 (active part 6). For example, most of the active portion 6 is formed to have a thickness of 1 μm to 1 mm, and the thickness of the piezoelectric layer 3 (between the internal electrode layers 2) from the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7. Starting from a point having a distance greater than or equal to the distance, for example, 3 μm to 1 mm in the region of the active portion 6, the thickness may gradually increase from this point, preferably 0.01 to 0.5 mm, more preferably May start from a point of 0.05 to 0.2 mm.

また、図３（ｂ）は、積層体８の積層方向において、活性部６から不活性部７にかけて被覆層５の厚みが段階的に大きくなるものであり、この構成によれば、活性部６の中央に向かって段階的に熱の放散性をよくすることができ、活性部６と不活性部７との境界の熱応力を緩和することができる。   FIG. 3B shows that the thickness of the coating layer 5 increases stepwise from the active portion 6 to the inactive portion 7 in the stacking direction of the stacked body 8, and according to this configuration, the active portion 6 The heat dissipating property can be improved stepwise toward the center of the substrate, and the thermal stress at the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 can be reduced.

なお、図３（ｂ）では、まず活性部６と不活性部７との境界で厚みの段差が形成され、さらに活性部６と不活性部７との境界から活性部６の領域内に入り込んだ点で段差が形成されているが、この活性部６と不活性部７との境界から活性部６の領域内に入り込んだ点は、活性部６と不活性部７との境界から圧電体層３の厚み（内部電極層２間の間隔）以上の距離の点、例えば３μｍ〜１ｍｍ入り込んだ点であればよく、好ましくは0.01〜0.5ｍ
ｍ、より好ましくは0.05〜0.2ｍｍの点であればよい。このとき、段差とする厚み（段差
の高さ）は３μｍ以上あればよく、好ましくは0.01ｍｍ、より好ましくは0.05ｍｍ以上あればよい。また、段階数（段差の数）については、活性部６と不活性部７との境界における段差を含めて、２〜５段階程度がよい。 In FIG. 3B, a thickness step is first formed at the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 and further enters the region of the active portion 6 from the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7. A step is formed at this point, but the point that enters the region of the active portion 6 from the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 is that the piezoelectric body from the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7. The point of the distance more than the thickness of the layer 3 (space | interval between the internal electrode layers 2), for example, the point which entered 3 micrometers-1 mm, for example, Preferably it is 0.01-0.5 m
m, more preferably a point of 0.05 to 0.2 mm. At this time, the thickness of the step (height of the step) may be 3 μm or more, preferably 0.01 mm, more preferably 0.05 mm or more. The number of steps (the number of steps) is preferably about 2 to 5 steps including the step at the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7.

また、図３（ｃ）は、被覆層５の厚みがばらついている場合において、活性部６に形成された被覆層５の厚みの平均値よりも不活性部７に形成された被覆層５の厚みの平均値のほうが大きいものである。ここで、不活性部７における被覆層５の厚みの平均値と活性部６における被覆層５の厚みの平均値との差が２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上が有効である。   Further, FIG. 3C shows that the thickness of the coating layer 5 formed on the inactive portion 7 is larger than the average value of the thickness of the coating layer 5 formed on the active portion 6 when the thickness of the coating layer 5 varies. The average value of thickness is larger. Here, the difference between the average value of the thickness of the coating layer 5 in the inactive part 7 and the average value of the thickness of the coating layer 5 in the active part 6 is 2 μm or more, preferably 5 μm or more.

ここで、活性部６に形成された被覆層５の厚みの平均値は、活性部６と不活性部７との境界から１ｍｍまでの領域について表面粗さ計を用いて0.1ｍｍ間隔で計測したものの平
均値であり、不活性部７に形成された被覆層５の厚みの平均値は、活性部６と不活性部７
との境界から１ｍｍまでの領域（被覆層５が活性部６と不活性部７との境界から１ｍｍまで形成されていない場合は、活性部６と不活性部７との境界から被覆している端部までの全ての領域）について表面粗さ計を用いて0.1ｍｍ間隔で計測したものの平均値である。
なお、測定する領域において、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０６０１にある十点平均粗さＲｚｊｉｓ（旧規格ではＲｚ）による基準長さ内で、山の高い値を５点選ぶとともに谷の低い値を５点選び、平均した値としたものでもよい。 Here, the average value of the thickness of the coating layer 5 formed on the active portion 6 was measured at intervals of 0.1 mm using a surface roughness meter in the region from the boundary between the active portion 6 and the inactive portion 7 to 1 mm. The average value of the thickness of the coating layer 5 formed on the inactive portion 7 is the active portion 6 and the inactive portion 7.
From the boundary between the active part 6 and the inactive part 7 when the coating layer 5 is not formed up to 1 mm from the boundary between the active part 6 and the inactive part 7 It is the average value of the values measured at intervals of 0.1 mm using a surface roughness meter for all regions up to the end).
In the area to be measured, 5 points with high peaks and 5 points with low valleys are selected within the standard length according to the ten-point average roughness Rzjis (Rz in the old standard) in Japanese Industrial Standard JIS B 0601. An average value may be selected.

次に、本実施の形態の積層型圧電素子１の製法を説明する。   Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element 1 of the present embodiment 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、圧電性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セラミックスラリーを作製する。圧電性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_３−ＰｂＴｉＯ_３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、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）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 ceramic slurry is prepared by mixing a calcined powder of piezoelectric ceramic, a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral, and a plasticizer. The piezoelectric ceramic is not particularly limited as long as it has piezoelectric characteristics. For example, a perovskite oxide made of PbZrO ₃ —PbTiO ₃ or the like can be used. As the plasticizer, dibutyl phthalate (DBP), dioctyl phthalate (DOP), or the like can be used.

次に、このセラミックスラリーを用いて、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によって、セラミックグリーンシートを作製する。   Next, using this ceramic slurry, a ceramic green sheet is produced by a tape molding method such as a doctor blade method or a calender roll method.

次に、内部電極層２となる導電性ペーストを作製する。例えば、銀−パラジウム合金等から成る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によって、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によっ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し、積層成形体を作製する。そして、この積層成形体を焼成することによって、圧電体層３および内部電極層２が交互に積層された積層体８を作製する。   Next, a conductive paste to be the internal electrode layer 2 is produced. For example, a conductive paste is prepared by adding and mixing a binder, a plasticizer, and the like to a metal powder made of silver-palladium alloy or the like. This conductive paste is printed on the ceramic green sheet in a predetermined pattern by a screen printing method. Further, a plurality of ceramic green sheets screen-printed with this conductive paste are laminated to produce a laminated molded body. And the laminated body 8 by which the piezoelectric body layer 3 and the internal electrode layer 2 were laminated | stacked alternately is produced by baking this laminated molded object.

その後、積層型圧電素子１の積層体８の外表面に端部が露出している内部電極層２との電気的な導通が得られるように、外部電極層４を形成する。この外部電極層４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含有導電性ペーストを作製し、これを積層体８の側面にスクリーン印刷法等によって印刷して、乾燥させて接着するかまたは焼き付けることによって、形成することができる。   Thereafter, the external electrode layer 4 is formed so as to obtain electrical continuity with the internal electrode layer 2 whose end is exposed on the outer surface of the multilayer body 8 of the multilayer piezoelectric element 1. This external electrode layer 4 is prepared by adding a binder to silver powder and glass powder to produce a silver glass-containing conductive paste, printing this on the side surface of the laminate 8 by a screen printing method, etc., and then drying and adhering. Alternatively, it can be formed by baking.

次に、積層体８の側面に被覆層５を形成する。被覆層５は、柱状の積層体８の形状によって形成方法を変えてもよい。例えば、角柱形状では、積層体８の側面にスクリーン印刷法によって印刷して、乾燥させた後に接着するかまたは焼き付けることによって、形成することが容易である。円柱形状ではディッピングによる形成が容易である。   Next, the coating layer 5 is formed on the side surface of the laminate 8. The formation method of the covering layer 5 may be changed depending on the shape of the columnar laminate 8. For example, a prismatic shape can be easily formed by printing on the side surface of the laminate 8 by a screen printing method and then bonding or baking after drying. The cylindrical shape is easy to form by dipping.

例えば、樹脂に有機溶剤を添加して粘度調整した被覆材でスクリーン印刷を行なう。特に、不活性部においては、スクリーン印刷を繰り返して、多層形成して厚みを活性部よりも厚く形成させる。形成方法はスクリーン印刷だけでなく、外部電極層４を形成した積層体８を被覆材に浸漬して形成してもよい。また、薄く形成する活性部をマスキングすることで、活性部の厚みより不活性部の厚みが厚い関係となる被覆層を形成することもできる。また、スパッタリング法、電着形成法、または化学的気相法や物理的気相法による膜形成でもよい。   For example, screen printing is performed with a coating material whose viscosity is adjusted by adding an organic solvent to the resin. In particular, in the inactive portion, screen printing is repeated to form a multilayer so that the thickness is thicker than that of the active portion. The forming method is not limited to screen printing, and the laminate 8 on which the external electrode layer 4 is formed may be immersed in a covering material. Further, by masking the active portion to be thinly formed, a coating layer in which the thickness of the inactive portion is larger than the thickness of the active portion can be formed. Alternatively, film formation by sputtering, electrodeposition formation, chemical vapor deposition, or physical vapor deposition may be used.

具体的には、被覆材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂に有機溶剤を添加して粘度調整したものである。例えば、ビスフェノールＡ型の成分が含有されているエポキシ樹脂に、有機溶剤を数％〜数十％程度の所定量を追加して均一に混合させ、粘度を調整して作成される。有機溶剤としては、アルコー
ル、ベンゼン、エーテル化合物、石油ナフサ等が挙げられる。なお、ガラス、セラミックス等の無機材のフィラー成分を混合してもよい。 Specifically, the coating material is obtained by adjusting the viscosity by adding an organic solvent to a resin such as a silicone resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, or a fluororesin. For example, it is prepared by adding a predetermined amount of several% to several tens% of an organic solvent to an epoxy resin containing a bisphenol A type component and mixing the mixture uniformly to adjust the viscosity. Examples of the organic solvent include alcohol, benzene, ether compounds, and petroleum naphtha. In addition, you may mix the filler component of inorganic materials, such as glass and ceramics.

なお、外部電極層４を外部の回路と電気的に接続するための外部リード部材（図示せず）を被覆層の形成後に外部電極層４に接合させる場合は、外部リード部材を取り付ける場所をマスキングして被覆層５を形成した後に、マスキングした場所に半田や溶接にて接合させる。この場合、被覆層５の形成は、スクリーン印刷法やディッピング法を用いるのが好ましい。また、外部リード部材を外部電極層４に接合させた後に被覆層５を形成する場合は、被覆層の形成は、ディッピング法、スパッタリング法、電着形成法、または化学的気相法や物理的気相法による膜形成が好ましい。   When an external lead member (not shown) for electrically connecting the external electrode layer 4 to an external circuit is joined to the external electrode layer 4 after the formation of the coating layer, the location where the external lead member is attached is masked. Then, after the coating layer 5 is formed, it is joined to the masked place by soldering or welding. In this case, the coating layer 5 is preferably formed by screen printing or dipping. When the coating layer 5 is formed after the external lead member is bonded to the external electrode layer 4, the coating layer is formed by a dipping method, a sputtering method, an electrodeposition formation method, a chemical vapor phase method, or a physical method. Film formation by a vapor phase method is preferred.

その後、外部電極層４に電気的に接続された外部リード部材を介して、一対の外部電極層４から内部電極層２間の圧電体層３に0.1〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体
８の圧電体層３を分極することによって、積層型圧電素子１が完成する。 Thereafter, a direct current electric field of 0.1 to 3 kV / mm is applied from the pair of external electrode layers 4 to the piezoelectric layer 3 between the internal electrode layers 2 through an external lead member electrically connected to the external electrode layer 4. By laminating the piezoelectric layer 3 of the laminated body 8, the laminated piezoelectric element 1 is completed.

そして、外部リード部材に外部の駆動電力を供給する電源を電気的に接続して、外部電極層４を介して内部電極層２間の圧電体層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として機能させることが可能となる。   Then, by electrically connecting a power source for supplying external driving power to the external lead member and applying a voltage to the piezoelectric layer 3 between the internal electrode layers 2 via the external electrode layer 4, each piezoelectric body The layer 3 can be greatly displaced by the inverse piezoelectric effect. This makes it possible to function as an automobile fuel injection valve that injects and supplies fuel to the engine, for example.

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４は、本発明の噴射装置の実施の形態の一例を示す概略的な断面図である。   Next, an example of an embodiment of a fluid ejection device as the ejection device of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of the injection device of the present invention.

図４に示すように、本実施の形態の噴射装置19は、噴射孔21を有する容器23と、上記本実施の形態の積層型圧電素子１とを備え、容器23内に蓄えられた流体が積層型圧電素子１の駆動により噴射孔21から吐出される構成である。   As shown in FIG. 4, the injection device 19 of the present embodiment includes a container 23 having an injection hole 21 and the laminated piezoelectric element 1 of the present embodiment, and the fluid stored in the container 23 is stored in the container 23. In this configuration, the multilayer piezoelectric element 1 is ejected from the injection hole 21 by driving.

この構成により、信頼性および耐久性の高い積層型圧電素子１を用いているために、信頼性および耐久性の高い噴射装置19となる。   With this configuration, since the multilayer piezoelectric element 1 with high reliability and durability is used, the injection device 19 with high reliability and durability is obtained.

本実施の形態の噴射装置19において、一端に噴射孔21を有する容器23の内部に上記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。容器23内には、噴射孔21を開閉することができるニードルバルブ25が配設されている。噴射孔21には流体通路27がニードルバルブ25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27は、外部の流体供給源に連結され、流体通路27に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25が噴射孔21を開放すると、流体通路27に供給されていた流体が、噴射孔21の外部または噴射孔21に隣接する容器、例えば内燃機関の燃料室（図示せず）に、噴射孔21から吐出され噴射される。   In the injection device 19 of the present embodiment, the multilayer piezoelectric element 1 of the present invention represented by the example of the above embodiment is housed in a container 23 having an injection hole 21 at one end. A needle valve 25 that can open and close the injection hole 21 is disposed in the container 23. A fluid passage 27 is disposed in the injection hole 21 so that it can communicate with the movement of the needle valve 25. The fluid passage 27 is connected to an external fluid supply source, and the fluid passage 27 is always supplied with a high-pressure fluid such as a liquid. Therefore, when the needle valve 25 opens the injection hole 21 by driving the multilayer piezoelectric element 1, the fluid supplied to the fluid passage 27 is transferred to the outside of the injection hole 21 or a container adjacent to the injection hole 21, such as an internal combustion engine. A fuel chamber (not shown) is discharged from the injection hole 21 and injected.

また、ニードルバルブ25の上端部は内径が大きくなっており、容器23に形成されたシリンダ29と摺動可能なピストン31が配置されている。そして、容器23内には、上記の本実施の形態の積層型圧電素子１が収納されている。   The upper end portion of the needle valve 25 has a large inner diameter, and a cylinder 31 formed in the container 23 and a piston 31 that can slide are disposed. In the container 23, the multilayer piezoelectric element 1 of the present embodiment is housed.

このような噴射装置19においては、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31が押圧され、ニードルバルブ25が噴射孔21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33がピストン31を押し返すことによって流体通路27が開放され、噴射孔21が流体通路27と連通して、噴射孔21から流体の噴射が行なわれる。   In such an injection device 19, when the multilayer piezoelectric element 1 that functions as a piezoelectric actuator is extended by applying a voltage, the piston 31 is pressed, the needle valve 25 closes the injection hole 21, and the supply of fluid stops. Is done. When the application of voltage is stopped, the multilayer piezoelectric element 1 contracts, and the disc spring 33 pushes back the piston 31 to open the fluid passage 27, so that the injection hole 21 communicates with the fluid passage 27 and the injection hole. The fluid is ejected from 21.

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流路27を開放して噴射孔21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流路27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 performed by applying a voltage to the multilayer piezoelectric element 1 to open the fluid flow path 27 to discharge the fluid from the ejection holes 21 and stopping the application of the voltage. May be closed to stop the discharge of fluid.

また、本実施の形態の噴射装置19は、噴射孔21を有する容器23と、本実施の形態の積層型圧電素子１とを備え、容器23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21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23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23の内部に噴射孔21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27を通して噴射孔21に供給されるだけでなく、容器23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23内に充填された流体を噴射孔21から吐出させてもよい。   The injection device 19 according to the present embodiment includes a container 23 having an injection hole 21 and the multilayer piezoelectric element 1 according to the present embodiment, and the fluid filled in the container 23 is used for the multilayer piezoelectric element 1. It may be configured to discharge from the injection hole 21 by driving. That is, the multilayer piezoelectric element 1 does not necessarily have to be inside the container 23, and the pressure for supplying and stopping the fluid to the injection hole 21 is applied to the inside of the container 23 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 21 through the fluid passage 27, but also provided in the container 23 with a portion for temporarily storing the fluid in an appropriate place in the container 23. The filled fluid may be discharged from the ejection hole 21.

なお、本実施の形態の噴射装置19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実施の形態の噴射装置19を用いることによって、流体の流量および噴射の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 injection device 19 of the present embodiment, the fluid includes various liquid materials (such as conductive paste) and gas, in addition to liquids such as fuel or ink. By using the ejection device 19 of the present embodiment for these fluids, the fluid flow rate and ejection timing can be stably controlled over a long period of time.

本実施の形態の積層型圧電素子１を採用した本実施の形態の噴射装置19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料室に燃料をより長い期間にわたって精度よく噴射させることができる。   If the injection device 19 of the present embodiment that employs the multilayer piezoelectric element 1 of the present embodiment is used in an internal combustion engine, the fuel is supplied to the fuel chamber of the internal combustion engine such as an engine for a longer period of time than the conventional injection device. Can be sprayed with high accuracy.

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５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的なブロック図である。   Next, the example of embodiment of the fuel-injection system of this invention is demonstrated. FIG. 5 is a schematic block diagram showing an example of an embodiment of the fuel injection system of the present invention.

図５に示すように、本実施の形態の燃料噴射システム35は、高圧燃料を蓄えるコモンレール37と、このコモンレール37に蓄えられた高圧燃料を噴射する複数の本実施の形態の噴射装置19と、コモンレール37に高圧燃料を供給する圧力ポンプ39と、噴射装置19に駆動信号を与える噴射制御ユニット41とを備えている。   As shown in FIG. 5, the fuel injection system 35 of the present embodiment includes a common rail 37 that stores high-pressure fuel, and a plurality of injection devices 19 of the present embodiment that inject high-pressure fuel stored in the common rail 37. A pressure pump 39 that supplies high-pressure fuel to the common rail 37 and an injection control unit 41 that supplies a drive signal to the injection device 19 are provided.

噴射制御ユニット41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41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 41 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 41 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39は、燃料タンク43から流体燃料を高圧でコモンレール37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35の場合には、1000〜2000気圧（約101Ｍ
Ｐａ〜約203ＭＰａ）程度、好ましくは、1500〜1700気圧（約152ＭＰａ〜約172ＭＰａ）
程度の高圧にしてコモンレール37に流体燃料を送り込む。 The pressure pump 39 serves to supply fluid fuel from the fuel tank 43 to the common rail 37 at a high pressure. For example, in the case of the engine fuel injection system 35, 1000 to 2000 atmospheres (about 101M)
Pa to about 203 MPa), preferably 1500 to 1700 atmospheres (about 152 MPa to about 172 MPa)
The fluid fuel is fed into the common rail 37 at a high pressure.

コモンレール37は、圧力ポンプ39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19に適宜送り込む。噴射装置19は、前述したように噴射孔21から所定量の流体である高圧燃料を噴射装置19の噴射孔21から外部または噴射孔21に隣接する容器に高圧で吐出し噴射する。例えば、高圧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21からエンジンの燃焼室内に霧状に噴射する。   The common rail 37 stores the high-pressure fuel sent from the pressure pump 39 and appropriately sends it to the injection device 19 in accordance with the driving of the multilayer piezoelectric element 1. As described above, the injection device 19 discharges and injects high-pressure fuel, which is a predetermined amount of fluid, from the injection hole 21 to the outside or a container adjacent to the injection hole 21 from the injection hole 21 of the injection device 19 at high pressure. For example, when the target for injecting and supplying high-pressure fuel is an engine, high-pressure fuel that is a fluid is injected into the combustion chamber of the engine in a mist form from the injection hole 21.

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。例えば、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、本発明の積層型圧電素子を用いた、インク
ジェットプリンタの印字装置、圧力センサ等であってもよく、圧電特性を利用した積層型圧電素子を用いたものであれば、同様の構成で種々の製品に実施可能である。 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. For example, 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, and for example, the multilayer piezoelectric element of the present invention is used. It may be a printing device of an ink jet printer, a pressure sensor, or the like, and can be applied to various products with the same configuration as long as it uses a laminated piezoelectric element utilizing piezoelectric characteristics.

また、本発明の積層型圧電素子は、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置、振動防止装置等に搭載される駆動素子（圧電アクチュエータ）、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、ヨーレートセンサ等に搭載されるセンサ素子、ならびに圧電ジャイロ、圧電スイッチ、圧電トランス、圧電ブレーカー等に搭載される回路素子等に用いることができる。   The laminated piezoelectric element according to the present invention includes a fuel injection device for an automobile engine, a liquid injection device such as an ink jet, a precision positioning device such as an optical device, a drive element (piezoelectric actuator) mounted on a vibration prevention device, a combustion pressure, etc. Sensor elements mounted on sensors, knock sensors, acceleration sensors, load sensors, ultrasonic sensors, pressure sensitive sensors, yaw rate sensors, etc., and circuit elements mounted on piezoelectric gyros, piezoelectric switches, piezoelectric transformers, piezoelectric breakers, etc. Can be used.

本発明の積層型圧電素子の実施例について以下に説明する。   Examples of the multilayer piezoelectric element of the present invention will be described below.

本発明の積層型圧電素子からなる圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。まず、平均粒径が0.4μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）を主成
分とする圧電性セラミックの仮焼粉末、バインダー、および可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製し、ドクターブレード法によって厚み140μｍの圧電体層とるセラミック
グリーンシートを作製した。 A piezoelectric actuator comprising the multilayer piezoelectric element of the present invention was produced as follows. First, a ceramic slurry is prepared by mixing a calcined powder of piezoelectric ceramic mainly composed of lead zirconate titanate (PbZrO ₃ —PbTiO ₃ ) having an average particle size of 0.4 μm, a binder, and a plasticizer. A ceramic green sheet having a piezoelectric layer having a thickness of 140 μm was prepared by the method.

次に、このセラミックグリーンシートの片面に、銀−パラジウム合金（銀70質量％−パラジウム30重量％）にバインダーを加えた導電性ペーストを、スクリーン印刷法により形成したセラミックグリーンシートを300枚積層し、焼成した。焼成は、焼成炉内で温度を800℃に一旦保持した後に、1000℃に昇温して焼成した。そして、平面視形状が８ｍｍ×８ｍｍの正方形で、長さが100ｍｍの直方体状に研磨した。   Next, 300 ceramic green sheets formed by screen printing are laminated on one side of this ceramic green sheet with a conductive paste in which a binder is added to a silver-palladium alloy (silver 70% by mass—palladium 30% by weight). Baked. In the firing, the temperature was once maintained at 800 ° C. in a firing furnace, and then the temperature was raised to 1000 ° C. to perform firing. And it grind | polished in the rectangular parallelepiped shape whose length of planar view is a square of 8 mm x 8 mm and length is 100 mm.

次に、平均粒径２μｍのフレーク状の銀粉末80質量％と、残部が平均粒径２μｍのケイ素を主成分とする軟化点が640℃の非晶質のガラス粉末との混合物に、バインダーを混合
した銀ガラス含有導電性ペーストを作製した。この銀ガラス含有導電性ペーストを積層体の一対の側面にスクリーン印刷した後、焼き付けて幅２ｍｍ、厚み30μｍの外部電極層を形成した。なお、後に外部電極層の一端側に外部リード部材を接合させるが、この一端側は他端側に比べて不活性部における長さを３ｍｍ長く形成した。 Next, a binder is added to a mixture of 80% by mass of flaky silver powder having an average particle diameter of 2 μm and an amorphous glass powder having a balance of silicon having an average particle diameter of 2 μm as a main component and a softening point of 640 ° C. A mixed silver glass-containing conductive paste was prepared. This silver glass-containing conductive paste was screen-printed on a pair of side surfaces of the laminate, and then baked to form an external electrode layer having a width of 2 mm and a thickness of 30 μm. An external lead member is joined to one end side of the external electrode layer later, and this one end side is formed with a length of 3 mm longer at the inactive portion than the other end side.

次に、被覆層を形成した。   Next, a coating layer was formed.

試料番号１は、被覆層の被覆厚みを不活性部より活性部の方が厚い被覆厚みとした。具体的には、エポキシ樹脂を含有させた被覆材を作製して、活性部から不活性部にかけてスクリーン印刷を行ない、乾燥硬化して0.1ｍｍの厚みの被覆層を形成した。   In Sample No. 1, the coating thickness of the coating layer was set to be thicker in the active part than in the inactive part. Specifically, a coating material containing an epoxy resin was prepared, screen-printed from the active part to the inactive part, and dried and cured to form a coating layer having a thickness of 0.1 mm.

なお、被覆材は、チタニアを含む無機酸化物10質量％およびビスフェノールＡ型エポキシ樹脂90質量％（合計100質量部）に対して、アルコール25質量％、ベンゼン３質量％、
エーテル化合物25質量％、残部が石油ナフサからなる有機溶剤を外添で５質量部％添加して均一に混合させ、粘度を20Ｐａ・ｓに調整したものである。 The covering material was 25% by weight of alcohol, 3% by weight of benzene with respect to 10% by weight of inorganic oxide containing titania and 90% by weight of bisphenol A type epoxy resin (total 100 parts by weight).
An organic solvent consisting of 25% by mass of an ether compound and the balance of petroleum naphtha is added as an external additive and mixed uniformly, and the viscosity is adjusted to 20 Pa · s.

ここで、不活性部は６ｍｍの長さであり、被覆層の不活性部における形成領域は、活性部と不活性部との境界から２ｍｍまでの領域とした。このとき、外部電極層の外部リード部材との接続端側は３ｍｍ露出させて被覆層を形成した。   Here, the inactive portion has a length of 6 mm, and the formation region in the inactive portion of the coating layer was a region from the boundary between the active portion and the inactive portion to 2 mm. At this time, the connection end side of the external electrode layer with the external lead member was exposed 3 mm to form a coating layer.

さらに、上記ペーストを活性部だけに再びスクリーン印刷した後、乾燥硬化して、活性部の被覆層の厚みを0.2ｍｍとした。この被覆層の厚みは、積層体の側面形成時および外
部電極層形成時の厚みを表面粗さ計で予め計測しておき、被覆層を形成した後の厚みから
予め計測しておいた厚みを差し引いたものである。 Further, the paste was screen-printed again only on the active part, and then dried and cured, so that the thickness of the coating layer of the active part was 0.2 mm. The thickness of the coating layer is measured in advance with a surface roughness meter when the side surface of the laminate is formed and when the external electrode layer is formed, and the thickness measured in advance from the thickness after the coating layer is formed. It is the deduction.

また、試料番号２は、被覆層の被覆厚みを活性部と不活性部とで一致させた。具体的には、試料番号１と同じエポキシ樹脂を含有させた被覆材を作製して、活性部から不活性部にかけてスクリーン印刷を行ない、乾燥硬化して0.1ｍｍの厚みの被覆層を形成した。   In Sample No. 2, the coating thickness of the coating layer was matched between the active part and the inactive part. Specifically, a coating material containing the same epoxy resin as Sample No. 1 was prepared, screen-printed from the active part to the inactive part, dried and cured to form a coating layer having a thickness of 0.1 mm.

なお、試料番号１と同様に、被覆層の不活性部における形成領域は、活性部と不活性部との境界から２ｍｍまでの領域とし、外部電極層の外部リード部材との接続端側は３ｍｍ露出させて被覆層を形成した。   As in the case of sample number 1, the formation region in the inactive portion of the coating layer is a region from the boundary between the active portion and the inactive portion to 2 mm, and the connection end side of the external electrode layer to the external lead member is 3 mm. A coating layer was formed by exposure.

また、試料番号３〜５の被覆厚みは、不活性部の方が活性部よりも厚いものとした。   Moreover, the coating thickness of sample numbers 3 to 5 was such that the inactive part was thicker than the active part.

試料番号３は、試料番号１と同じエポキシ樹脂を含有させた被覆材を作製して、活性部から不活性部にかけてスクリーン印刷を行ない、乾燥硬化して0.1ｍｍの厚みの被覆層を
形成した。さらに、上記ペーストを不活性部だけに再びスクリーン印刷した後、乾燥硬化して、不活性部の被覆層の厚みを0.2ｍｍとした。 Sample No. 3 produced a coating material containing the same epoxy resin as Sample No. 1, screen printed from the active part to the inactive part, dried and cured to form a coating layer having a thickness of 0.1 mm. Further, the paste was screen-printed again only on the inactive part, and then dried and cured, so that the thickness of the coating layer on the inactive part was 0.2 mm.

なお、試料番号１と同様に、被覆層の不活性部における形成領域は、活性部と不活性部との境界から２ｍｍまでの領域とし、外部電極層の外部リード部材との接続端側は３ｍｍ露出させて被覆層を形成した。   As in the case of sample number 1, the formation region in the inactive portion of the coating layer is a region from the boundary between the active portion and the inactive portion to 2 mm, and the connection end side of the external electrode layer to the external lead member is 3 mm. A coating layer was formed by exposure.

試料番号４は、試料番号１と同じエポキシ樹脂を含有させた被覆材を作製して、活性部から不活性部にかけてスクリーン印刷を行ない、乾燥硬化して０．０５ｍｍの厚みの被覆層を形成した。さらに、上記ペーストを不活性部だけに再びスクリーン印刷した後、乾燥硬化して、不活性部の被覆層の厚みを0.1ｍｍとした。   Sample No. 4 produced a coating material containing the same epoxy resin as Sample No. 1, screen printed from the active part to the inactive part, dried and cured to form a 0.05 mm thick coating layer . Further, the paste was screen-printed again only on the inactive portion, and then dried and cured, so that the thickness of the coating layer on the inactive portion was 0.1 mm.

なお、試料番号１と同様に、被覆層の不活性部における形成領域は、活性部と不活性部との境界から２ｍｍまでの領域とし、外部電極層の外部リード部材との接続端側は３ｍｍ露出させて被覆層を形成した。   As in the case of sample number 1, the formation region in the inactive portion of the coating layer is a region from the boundary between the active portion and the inactive portion to 2 mm, and the connection end side of the external electrode layer to the external lead member is 3 mm. A coating layer was formed by exposure.

試料番号５は、チタニアを含む無機酸化物10質量％およびビスフェノールＡ型エポキシ樹脂90質量％（合計100質量部）に対して、アルコール25質量％、ベンゼン３質量％、エ
ーテル化合物25質量％、残部が石油ナフサからなる有機溶剤を外添で１質量部％添加して均一に混合させ、粘度を100Ｐａ・ｓに調整した被覆材を作製して、積層体の端部および
外部電極層の外部リード部材との接続端側３ｍｍを露出させるためのマスキングを行ない、積層体全体を含浸させてディッピングした後、乾燥硬化して0.5ｍｍの厚みの被覆層を
形成した。さらに、活性部および外部電極層の外部リード部材との接続端側３ｍｍを露出させるためのマスキングを行ない、積層体全体を含浸させてディッピングした後、乾燥硬化して不活性部の被覆層を１ｍｍの厚みとした。 Sample No. 5 is 10% by mass of inorganic oxide containing titania and 90% by mass of bisphenol A type epoxy resin (100 parts by mass in total), 25% by mass of alcohol, 3% by mass of benzene, 25% by mass of ether compound, and the balance 1% by weight of an organic solvent consisting of petroleum naphtha was added externally and mixed uniformly to produce a coating material with a viscosity adjusted to 100 Pa · s, and the outer leads of the laminate and external leads of the external electrode layer Masking was performed to expose 3 mm of the connecting end side with the member, the entire laminate was impregnated and dipped, and then dried and cured to form a coating layer having a thickness of 0.5 mm. Further, masking is performed to expose the active portion and 3 mm of the external electrode layer connected to the external lead member, impregnation of the entire laminate, dipping, drying and curing, and 1 mm of the coating layer of the inactive portion. It was set as the thickness.

その後、正極および負極の外部電極層の露出した端部に外部リード部材を半田溶接し、この外部リード部材を介して３ｋＶ／ｍｍの直流電界を15分間印加して分極処理を行ない、図１に示すような構成の積層型圧電素子を用いた圧電アクチュエータを作製した。   Thereafter, an external lead member is solder welded to the exposed end portions of the external electrode layers of the positive electrode and the negative electrode, and a 3 kV / mm DC electric field is applied through the external lead member for 15 minutes to perform polarization treatment. A piezoelectric actuator using a laminated piezoelectric element having the structure shown in the drawing was produced.

得られた積層型圧電素子に170Ｖの直流電圧を印加したところ、すべての圧電アクチュ
エータにおいて、積層方向に変位量が得られた。 When a DC voltage of 170 V was applied to the obtained multilayer piezoelectric element, a displacement amount was obtained in the lamination direction in all piezoelectric actuators.

さらに、この圧電アクチュエータを室温で０Ｖ〜＋200Ｖの交流電圧を60Ｈｚの周波数
で印加して、１×10^８回連続駆動した後の変位量の変化率（低下率）、１×10^８回連続駆動した後の積層型圧電素子100個について積層型圧電素子の破壊数および発生したクラッ
ク数を測定した。また、その結果を表１に示す。 Further, an AC voltage of 0V to + 200V to the piezoelectric actuator at room temperature was applied at a frequency of 60 Hz, 1 × 10 ⁸ times continuously driven by displacement of the rate of change after (reduction ratio), 1 × 10 ⁸ consecutive drive The number of fractures of the multilayer piezoelectric element and the number of cracks generated were measured for 100 multilayer piezoelectric elements after the above. The results are shown in Table 1.

なお、積層型圧電素子の変位量の変化率は、レーザ変位装置（小野測器社製、製品名「レーザードップラー振動計 ＬＶ−１７１０」）によって測定した。また、積層型圧電素子の側面をポリッシングして、不活性部と活性部との境界にクラックがないかどうか走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によりクラック数を観察した。   The change rate of the displacement amount of the laminated piezoelectric element was measured with a laser displacement device (product name “Laser Doppler Vibrometer LV-1710” manufactured by Ono Sokki Co., Ltd.). Further, the side surface of the multilayer piezoelectric element was polished, and the number of cracks was observed with a scanning electron microscope (SEM) to check whether there was any crack at the boundary between the inactive portion and the active portion.

表１より、活性部の方が不活性部より厚い被覆層の形成された試料番号１（比較例）の積層型圧電素子は、１×10^８回連続駆動後の変位の変化率が35％と大きく、100個の積層
型圧電素子に発生したクラックの数は90本で、積層型圧電素子１個あたり平均0.9本とク
ラックの発生頻度が非常に高かった。 From Table 1, the laminated piezoelectric element of Sample No. 1 (Comparative Example) in which the active part is thicker than the inactive part has a displacement change rate of 35% after 1 × 10 ⁸ continuous driving. The number of cracks generated in 100 multilayer piezoelectric elements was 90, and the average frequency of cracks per multilayer piezoelectric element was 0.9, which was very high.

また、活性部と不活性部の厚みが同じ被覆層の形成された試料番号２（比較例）の積層型圧電素子は、１×10^８回連続駆動後の変位の変化率が20％と大きく、100個の積層型圧
電素子に発生したクラックの数は50本で、積層型圧電素子１個あたり平均0.5本とクラッ
クの発生頻度が高かった。 In addition, the laminated piezoelectric element of sample number 2 (comparative example) in which the active layer and the inactive part have the same thickness is formed, and the displacement change rate after continuous driving 1 × 10 ⁸ times is as large as 20%. The number of cracks generated in 100 multilayer piezoelectric elements was 50, and the average frequency of cracks per multilayer piezoelectric element was 0.5, which was high.

これらに対して、本発明の実施例である試料番号３〜５は、１×10^８回連続駆動させた後にも、変位量の変化が８％以下と小さく、100個の積層型圧電素子においてクラックは
発生しなかった。 On the other hand, in Sample Nos. 3 to 5 which are examples of the present invention, the change in displacement amount is as small as 8% or less even after continuous driving 1 × 10 ⁸ times. Cracks did not occur.

１：積層型圧電素子
２：内部電極層
３：圧電体層
４：外部電極層
５：被覆層
６：活性部
７：不活性部
８：積層体
１９：噴射装置
２１：噴射孔
２３：容器
２５：ニードルバルブ
２７：流体通路
２９：シリンダ
３１：ピストン
３３：皿バネ
３５：燃料噴射システム
３７：コモンレール
３９：圧力ポンプ
４１：噴射制御ユニット
４３：燃料タンク 1: Laminated piezoelectric element 2: Internal electrode layer 3: Piezoelectric layer 4: External electrode layer 5: Cover layer 6: Active part 7: Inactive part 8: Laminated body 19: Injecting device 21: Injecting hole 23: Container 25 : Needle valve 27: Fluid passage 29: Cylinder 31: Piston 33: Belleville spring 35: Fuel injection system 37: Common rail 39: Pressure pump 41: Injection control unit 43: Fuel tank

Claims (5)

圧電体層および内部電極層が交互に複数積層されてなる活性部および該活性部の積層方向の両端に配置されたそれぞれ圧電体層が複数積層されてなる不活性部を有する柱状の積層体と、該積層体の一対の側面に積層方向にそれぞれ被着されて前記内部電極層が一層おきに交互に電気的に接続された一対の外部電極層と、前記積層体の側面を前記活性部から前記不活性部にかけて前記外部電極層とともに被覆する被覆層とを含む積層型圧電素子であって、
前記被覆層は、前記不活性部の側面における厚みよりも前記活性部の側面における厚みが薄いことを特徴とする積層型圧電素子。 A columnar laminate having an active portion in which a plurality of piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately laminated, and an inactive portion in which a plurality of piezoelectric layers are arranged at both ends of the active portion in the lamination direction; A pair of external electrode layers that are respectively deposited in a stacking direction on a pair of side surfaces of the multilayer body and in which the internal electrode layers are alternately electrically connected every other layer; and a side surface of the multilayer body from the active portion A laminated piezoelectric element including a coating layer covering the inactive portion together with the external electrode layer,
The multilayer piezoelectric element, wherein the covering layer has a thickness on a side surface of the active portion that is smaller than a thickness on a side surface of the inactive portion. 前記被覆層は、樹脂で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 multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the coating layer is made of a resin. 前記被覆層は、すべての面において不活性部の厚みよりも前記活性部の厚みが薄い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 the coating layer has a thickness of the active portion that is thinner than a thickness of the inactive portion on all surfaces. 4. 噴射孔を有する容器と、請求項１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 claim 1, wherein fluid stored in the container is discharged from the injection hole by driving the multilayer piezoelectric element. 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４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。   5. A common rail for storing high-pressure fuel; an injection device according to claim 4 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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