專利名稱：層疊型壓電元件、具備其的噴射裝置及燃料噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及層疊型壓電元件、噴射裝置及燃料噴射系統(tǒng)，例如，涉及在搭載于汽車 發(fā)動機(jī)的燃料噴射裝置、噴墨器等液體噴射裝置、光學(xué)裝置等精密定位裝置、防振動裝置等 的驅(qū)動元件(壓電促動器)，搭載于燃燒壓力傳感器、爆燃傳感器、加速度傳感器、負(fù)載傳感 器、超聲波傳感器、壓敏傳感器、偏航率傳感器等的傳感器元件，以及搭載于壓電陀螺、壓電 開關(guān)、壓電變壓器、壓電斷路器等的電路元件等中使用的層疊型壓電元件、具備其的噴射裝 置及燃料噴射系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從以往開始，對層疊型壓電元件要求向小型化發(fā)展的同時(shí)，在大的壓力下確保大 的變位量。因此，被要求施加更高的電壓且長時(shí)間連續(xù)驅(qū)動的殘酷的條件中能夠使用。層疊型壓電元件與電容器等通常的層疊型電子部件不同，其在驅(qū)動時(shí)，元件自身 連續(xù)地發(fā)生尺寸變化。還有，所有的壓電體層經(jīng)由內(nèi)部電極密接而驅(qū)動，由此層疊型壓電元 件作為一體大幅度地驅(qū)動變形。因此，大的應(yīng)力施加于元件。作為解決所述問題的方案之一，提出了預(yù)先在壓電體層的一部分設(shè)置有作為目標(biāo) 斷裂層的多孔層的元件(專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)1中，通過利用目標(biāo)斷裂層使層疊型壓 電元件斷裂，嘗試施加于各壓電體層的應(yīng)力的緩和。專利文獻(xiàn)1 特表2006-518934號公報(bào)通過在專利文獻(xiàn)1中公開的方法，能夠?qū)⑹┘佑趬弘婓w層的應(yīng)力緩和一定程度。 然而，對層疊型壓電元件要求能夠在施加更高的電壓的環(huán)境下使用。還有，在這樣的殘酷的 環(huán)境中，使用了上述目標(biāo)斷裂層的情況下，在該目標(biāo)斷裂層產(chǎn)生的裂紋可能向預(yù)想外的方 向發(fā)展。這是因?yàn)?，與構(gòu)成鄰接的壓電體層的晶粒相比，內(nèi)部電極為連續(xù)的大的板狀結(jié)構(gòu)。在這樣的元件中，在壓電驅(qū)動時(shí)變形而伸縮驅(qū)動的晶粒受到內(nèi)部電極的限制，因 此，各個(gè)晶粒難以對應(yīng)于驅(qū)動電壓而單獨(dú)變形。因此，成為在晶粒之間經(jīng)常被施加應(yīng)力的狀 態(tài)。還有，若在這樣的層疊型壓電元件的壓電體層內(nèi)部預(yù)先設(shè)置有目標(biāo)斷裂層，則在 施加了應(yīng)力時(shí)，不是僅在該目標(biāo)斷裂層中，龜裂得以伸展，而是在粒子之間龜裂也可能伸 展。若龜裂這樣伸展，則在晶粒內(nèi)或晶粒之間可能發(fā)生斷裂，或龜裂達(dá)到內(nèi)部電極，在不同 的極的內(nèi)部電極之間可能發(fā)生電短路。尤其在高電場、高壓力下驅(qū)動壓電元件的情況下，大的應(yīng)力瞬間施加于壓電元件， 因此，難以使裂紋的方向穩(wěn)定。另一方面，尋求能夠在高電場、高壓力下長時(shí)間連續(xù)驅(qū)動的 壓電元件，因此，需要將施加于元件的應(yīng)力更有效地緩和。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而做成的，其目的在于提供在高電場、高壓力下 長時(shí)間連 續(xù)驅(qū)動的情況下，也抑制變位量的變位，耐久性優(yōu)越的層疊型壓電元件、使用其的噴射裝置及燃料噴射系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，具有多個(gè)壓電體層和多個(gè)金屬層交替層疊而成的層疊結(jié)構(gòu)體，所述多個(gè)金屬層具備內(nèi)部電極、和剛性比所述壓 電體層及所述內(nèi)部電極低的低剛性金屬層，所述低剛性金屬層具有隔著空隙相互分離的多 個(gè)金屬部、和覆蓋該金屬部側(cè)面的至少一部分的覆蓋層。本發(fā)明的噴射裝置的特征在于，具備上述任一個(gè)層疊型壓電元件和噴射孔，通過 驅(qū)動所述層疊型壓電元件，從所述噴射孔噴出液體。本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的特征在于，具有具備高壓燃料的共軌、噴射儲存在該共 軌中的燃料的所述的噴射裝置、和向所述噴射裝置賦予驅(qū)動信號的噴射控制系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的層疊型壓電元件可知，低剛性金屬層具有隔著空隙相互分離的金屬 部，因此，能夠具有高耐久性。這是因?yàn)?，金屬部隔著空隙相互分離，從而低剛性金屬層容易 變形，因此，分散應(yīng)力，從而能夠抑制應(yīng)力集中于層疊型壓電元件的一部分。進(jìn)而，本發(fā)明的層疊型壓電元件中，金屬部的表面的至少一部分被覆蓋層覆蓋，因 此，能夠長時(shí)間維持優(yōu)越的耐久性。這是因?yàn)?，金屬部被覆蓋層覆蓋，從而能夠減小金屬部 的與外部空氣等氣氛接觸的部分，因此，能夠抑制金屬部的劣化。


圖1是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的一例的立體圖。圖2表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的一例，是與層疊方向平行的剖面 圖。圖3表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的一例，是與層疊方向垂直的、包 含低剛性金屬層15的剖面圖。圖4是放大了圖2所示的實(shí)施方式的部分A的放大剖面圖。圖5A是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的另一例中的金屬部19的立體 圖。圖5B是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的另一例中的金屬部19的立體 圖。圖5C是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的另一例中的金屬部19的立體 圖。圖6是放大了本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的另一例中的設(shè)置有低剛性 金屬層15的部分的放大剖面圖。圖7是放大了本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的另一例中的設(shè)置有低剛性 金屬層15的部分的放大剖面圖。圖8是表示本發(fā)明的噴射裝置的剖面圖。圖9是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的燃料噴射系統(tǒng)的概略圖。圖中1-層疊型壓電元件；3-壓電體層；5-金屬層；7-層疊結(jié)構(gòu)體；9-外部電 極；11-壓電體晶粒；13-內(nèi)部電極；15-低剛性金屬層；17-空隙；19-金屬部；21-覆蓋層； 21a_覆蓋層；21b-覆蓋層；23-通電部；25-噴射裝置；27-噴射孔；29-收容容器；31-針型 閥；33-燃料通路；35-汽缸；37-活塞；39-碟形彈簧；41-燃料噴射系統(tǒng)；43-共軌；45-壓力泵；47-噴射控制單元；49-燃料罐。
具體實(shí)施例方式以下，使用附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明的層疊型壓電元件。圖1是表示本發(fā)明的層疊 型壓電元件的實(shí)施方式的一例的立體圖。圖2是圖1所示的實(shí)施方式的層疊型壓電元件的 與層疊方向平行的縱向剖面圖。圖3是圖1所示的實(shí)施方式的層疊型壓電元件的與層疊方 向垂直且包含低剛性金屬層15的橫向剖面圖。如圖1 3所示，本實(shí)施方式的層疊型壓電元件1 (以下還稱為元件1)具有多個(gè)壓電體層3和多個(gè)金屬層5交替層疊而成的層疊結(jié)構(gòu)體7、和在層疊結(jié)構(gòu)體7的側(cè)面形成的 外部電極9。另外，各個(gè)壓電體層3利用多個(gè)壓電體晶粒11來構(gòu)成，多個(gè)金屬層5具備與 外部電極9連接的內(nèi)部電極13、和剛性比壓電體層3及內(nèi)部電極5低的低剛性金屬層15。在本實(shí)施方式中低剛性金屬層15是指與壓電體層3或內(nèi)部電極13相比，層內(nèi)的 結(jié)合力及/或與鄰接的層的結(jié)合力弱，剛性小的層。還有，低剛性金屬層15具有隔著空隙 17相互分離的多個(gè)金屬部19、和覆蓋金屬部19的側(cè)面的至少一部分的覆蓋層21。低剛性金屬層15中的多個(gè)金屬部19隔著空隙17相互分離，因此，容易變形。因 此，在被施加層疊型壓電元件1的使用時(shí)的元件1自身的伸縮引起的應(yīng)力、或強(qiáng)的沖擊或應(yīng) 力從外部施加于層疊型壓電元件1的情況下，能夠通過金屬部19的變形來吸收應(yīng)力。由此， 能夠抑制在內(nèi)部電極13或壓電體層3產(chǎn)生裂紋，能夠抑制在層疊方向上相鄰的內(nèi)部電極13 之間發(fā)生電短路的情況。對于低剛性金屬層15、壓電體層3及內(nèi)部電極13的剛性而言，例如可以通過對元 件，在與層疊方向垂直的方向上施加負(fù)載而容易進(jìn)行比較。具體來說，可以通過JIS3點(diǎn)彎 曲試驗(yàn)(JIS R 1601)等，對元件施加在與層疊方向垂直的方向上的負(fù)載來判斷。這是因?yàn)椋?在進(jìn)行上述試驗(yàn)時(shí)，只要確認(rèn)元件在哪一部分?jǐn)嗔鸭纯?。所述斷裂部位為元件中剛性最?的部位。本實(shí)施方式的層疊型壓電元件1具備低剛性金屬層15，因此，若進(jìn)行JIS3點(diǎn)彎曲 試驗(yàn)，則與壓電體層3或內(nèi)部電極13相比，在自該低剛性金屬層15或低剛性金屬層15與壓 電體層3的界面，優(yōu)先引起斷裂。這樣，可以根據(jù)斷裂的部位是壓電體層3或內(nèi)部電極13， 還是低剛性金屬層15或低剛性金屬層15與壓電體層3的界面來進(jìn)行評價(jià)。還有，由于只要確認(rèn)元件的哪一部分?jǐn)嗔鸭纯桑虼?，在試?yàn)片小、不能使用上述 JIS3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的情況下，只要依照該JIS3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，將元件加工成長方形的方柱而制 作試驗(yàn)片，將該試驗(yàn)片置于以一定距離配置的兩支點(diǎn)上，向支點(diǎn)之間的中央的1點(diǎn)施加負(fù) 載，進(jìn)行評價(jià)即可。另外，剛性低可以表達(dá)為楊氏模量小。作為楊氏模量的測定方法，例如，可以使用 納米壓痕法。作為測定裝置，例如，可以使用納米儀器公司制的“納米壓痕儀II”。在與層 疊結(jié)構(gòu)體的層疊方向垂直或平行的剖面中，使低剛性金屬層15、壓電體層3或內(nèi)部電極13 露出，使用上述測定裝置，測定楊氏模量即可。圖4是表示圖2所示的實(shí)施方式的層疊型壓電元件的金屬部19的局部剖面圖。如 圖4所示，本實(shí)施方式的層疊型壓電元件1中金屬部19的側(cè)面的至少一部分被覆蓋層21 覆蓋。這樣，通過使金屬部19的側(cè)面的至少一部分被覆蓋層21覆蓋，從而能夠減小金屬部19的與外部空氣等氣氛接觸的部分，因此，能夠抑制金屬部19的變性。另外，在強(qiáng)的應(yīng)力臨時(shí)施加于元件時(shí)，覆蓋層21從金屬部19剝離，由此能夠使應(yīng)力耗散。具體來說，上述強(qiáng)的應(yīng)力施加于層疊型壓電元件1的情況下，覆蓋層21追隨金屬 部19的變形而變形。還有，通過上述金屬部19及覆蓋層21的變形，在這些接合面局部地 放熱，覆蓋層21從金屬部19剝離。這樣，通過局部地發(fā)熱，能夠得到熱耗散引起的應(yīng)力分 散的效果，另外，覆蓋層21從金屬部19剝離，由此耗散應(yīng)力，能夠抑制向元件內(nèi)部的應(yīng)力傳 遞。由此，抑制在內(nèi)部電極13或壓電體層3產(chǎn)生裂紋的情況。其結(jié)果，能夠抑制在層疊方 向上相鄰的內(nèi)部電極13之間發(fā)生電短路的情況。還有，在此，金屬部19的側(cè)面是指金屬部19的表面中相鄰的壓電體層3之間且與 壓電體層3分離的部分。如上所述，在本實(shí)施方式中，在低剛性金屬層15中，通過利用覆蓋層21覆蓋金屬 部19，使在層疊型壓電元件1內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力分散并緩和，但根據(jù)使用層疊型壓電元件1的 環(huán)境，覆蓋金屬部19的覆蓋層21的優(yōu)選的方式不同。例如，在常溫及高溫這兩方環(huán)境中使用層疊型壓電元件之類的情況下，如在圖4 中左側(cè)所示，優(yōu)選金屬部19的側(cè)面的至少一部分露出。這是因?yàn)椋ㄟ^金屬部19的側(cè)面的 至少一部分這樣露出，即使在常溫及高溫這兩方環(huán)境中使用層疊型壓電元件的情況下，也 能夠提高耐久性。在汽車發(fā)動機(jī)的燃料噴射裝置等中使用的情況下，變成在高溫環(huán)境下使 用，因此，層疊型壓電元件與在常溫下使用時(shí)相比大幅度熱膨脹。在這樣的環(huán)境下，因金屬 部19和覆蓋層21的熱膨脹系數(shù)之差，在金屬部19和覆蓋層21之間產(chǎn)生應(yīng)力。然而，通過不用覆蓋層21覆蓋金屬部19的側(cè)面整個(gè)面，而是使金屬部19的側(cè)面 的至少一部分露出，能夠在該露出部分釋放應(yīng)力。由此，能夠抑制在金屬部19或覆蓋層21 產(chǎn)生裂紋的情況，因此，能夠提高層疊型壓電元件的耐久性。在高溫環(huán)境下使用的情況下， 這樣的方式尤其有效。另外，關(guān)于金屬部19的側(cè)面的至少一部分露出的方式，也可以采用以下所示的不 同的方式。圖5A及圖5B是分別表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的另一例中的金屬 部19的立體圖。如圖5A所示，可以為金屬部19的側(cè)面被相互分離的多個(gè)覆蓋層21覆蓋 的方式。由此，側(cè)面在相互分離的覆蓋層21之間露出的金屬部19的部分容易變形，因此， 金屬部19在該部分有選擇地變形。其結(jié)果，能夠高度維持基于金屬部19的對層疊型壓電 元件1的應(yīng)力緩和的效果。另外，應(yīng)力局部地集中于金屬部19的側(cè)面的一部分，從而從金屬部19剝離覆蓋層 21的情況下，也只限于多個(gè)覆蓋層21中、覆蓋該應(yīng)力集中的部分的覆蓋層21從金屬部19 剝離。因此，能夠抑制覆蓋層21整體從金屬部19剝離的情況。其結(jié)果，能夠利用覆蓋層21 來穩(wěn)定地覆蓋金屬部19。另外，例如，也可以為覆蓋層21由連結(jié)的一個(gè)構(gòu)成，金屬部19的側(cè)面在相互分離 的多個(gè)區(qū)域露出的方式。如圖5B所示，以金屬部19的側(cè)面在相互分離的多個(gè)區(qū)域露出的 方式利用覆蓋層21來覆蓋，由此覆蓋層21容易變形。因此，施加電壓，驅(qū)動元件1的情況 下，覆蓋層21也容易追隨金屬部19的伸縮。其結(jié)果，能夠提高金屬部19和覆蓋層21的接 合性。具體來說，通過覆蓋層21為網(wǎng)眼狀，容易追隨金屬部19的伸縮，因此優(yōu)選。
另外，在金屬部19容易劣化的氣氛中，使用層疊型壓電元件的情況下，優(yōu)選金屬 部19的側(cè)面的整體被覆蓋層21覆蓋。這是因?yàn)?，如圖5C所示，通過金屬部19的側(cè)面的整 體被覆蓋層21覆蓋，能夠抑制金屬部19的露出，因此，防止金屬部19的側(cè)面與外部空氣等 氣氛接觸，能夠更可靠地抑制金屬部19的劣化。尤其，如含有大量的水分的情況一樣金屬 部19容易劣化的氣氛中，使用層疊型壓電元件時(shí)，上述方式有效。另外，優(yōu)選覆蓋層21的至少一部分與壓電體層3接合。這是因?yàn)?，在覆蓋層21與 壓電體層3接合的情況下，能夠?qū)殡S層疊型壓電元件1的驅(qū)動并從壓電體層3施加于金 屬部19的應(yīng)力，從壓電體層3向覆蓋層21分散，因此，能夠提高金屬部19的耐久性。另外， 通過覆蓋層21與壓電體層3接合，還能夠提高壓電體層3和金屬部19的接合性。圖6是放大了本發(fā)明的層疊型壓電元件的實(shí)施方式的另一例中的配設(shè)有低剛性 金屬層15的部分的放大剖面圖。如圖6所示，金屬部19和覆蓋其的覆蓋層21的方式包括 各種方式。例如，比較大的應(yīng)力施加于層疊型壓電元件1之類的環(huán)境中使用的情況下，優(yōu)選 多個(gè)金屬部19的至少一個(gè)如圖6中19a及19b的符號標(biāo)注所示，與壓電體層3分離，隔著 覆蓋層21，與壓電體層3接合。這是因?yàn)椋趶?qiáng)的應(yīng)力局部地施加于低剛性金屬層15和壓 電體層3的界面的情況下，也止于覆蓋層21的損傷，從而能夠抑制金屬部19或壓電體層3 的損傷。其結(jié)果，能夠得到基于金屬部19的應(yīng)力緩和的效果，另外，還能夠抑制層疊型壓電 元件1的變位降低。另外，在金屬容易腐蝕的環(huán)境中使用的情況下，優(yōu)選如圖6中19b的符號標(biāo)注所 示，金屬部19的表面整體被覆蓋層21覆蓋。通過金屬部19的表面整體被覆蓋層21覆蓋， 即使在金屬部19從壓電體層3分離的情況下，不僅能夠防止金屬部19的側(cè)面，還能夠防止 側(cè)面以外的面與外部空氣等氣氛接觸。在壓電體層3利用壓電體晶粒11構(gòu)成的情況等下， 金屬部19的側(cè)面以外的部分與外部空氣接觸時(shí)，上述方式尤其有效。由此，能夠更可靠地 抑制金屬部19的劣化。另外，如圖6中19c及19d的符號標(biāo)注所示，通過將金屬部19的端部擠入壓電體 晶粒11之間，能夠提高使壓電體晶粒11伴隨應(yīng)力變形而自發(fā)熱的熱量從壓電體晶粒11向 金屬部19散熱的效果。在這樣的結(jié)構(gòu)中，在金屬容易腐蝕的環(huán)境中使用之類的情況下，如 圖6中19c及19d的符號標(biāo)注所示，也可以除了與壓電體層3接觸的部分以外的金屬部19 的表面整體被覆蓋層21覆蓋。這樣也能夠防止金屬部19的側(cè)面與外部空氣等氣氛接觸的 情況。進(jìn)而，通過將覆蓋層21也擠入壓電體晶粒11之間，尤其在金屬容易腐蝕的氯等鹵素 氣體氣氛中使用層疊型壓電元件1之類的情況下，也能夠利用覆蓋層21，就連沿壓電體晶 粒11之間的晶界擴(kuò)展的氯等腐蝕性鹵素離子也不會與金屬部19接觸地進(jìn)行保護(hù)。還有，在上述實(shí)施方式中，金屬部19以金屬為主成分。金屬部19可以僅由金屬成 分構(gòu)成，還可以包含陶瓷或玻璃等成分。作為金屬成分，具體來說，可以舉出銀或鈀等。作為覆蓋層21，只要能夠抑制金屬部19由于外部空氣或使用環(huán)境中的氣氛而劣 化的情況即可，具體來說，可以使用樹脂、玻璃、鉛、以AgS為代表的銀化合物等。樹脂的伸 縮性能優(yōu)越，因此，即使將層疊型壓電元件高速驅(qū) 動，也能夠追隨伸縮的速度，因此，能夠增 大層疊型壓電元件的驅(qū)動距離。另外，上述玻璃或AgS的與金屬部19或壓電體層3的接合 性良好，因此，能夠穩(wěn)定地抑制金屬部19的變性。
尤其，優(yōu)選覆蓋層21以玻璃為主成分。由于玻璃成分的與金屬部19的接合性良 好，因此通過作為覆蓋層21，使用以玻璃為主成分的覆蓋層，能夠提高金屬部19和覆蓋層 21的接合性。另外，由于玻璃成分的與壓電體層3的接合性良好，因此，如上所述，覆蓋層 21與壓電體層3接合的情況下，也能夠提高壓電體層3和覆蓋層21的接合性。還有，在此， 主成分是指含有的成分中質(zhì)量％最大的成分。另外，在分析玻璃特有的非晶狀態(tài)時(shí)，使用X 射線衍射(XRD)或透射電子顯微鏡(TEM)即可。進(jìn)而，優(yōu)選玻璃的主成分為硅氧化物。這是因?yàn)椋谕ㄟ^燒 成形成層疊型壓電元件 時(shí)，不僅是硅氧化物與金屬部19的主成分一同形成液相而進(jìn)行燒結(jié)，而且與金屬部19的親 合性變高。由此，能夠進(jìn)一步提高金屬部19和覆蓋層21的接合性。另外，優(yōu)選覆蓋層21含有金屬部19的主成分。這是因?yàn)?，通過含有金屬部19的主 成分，金屬部19和在覆蓋層21中含有的金屬部19的主成分結(jié)合，能夠得到固定效果。由 此，能夠進(jìn)一步提高金屬部19和覆蓋層21的接合性。進(jìn)而，更優(yōu)選覆蓋層21含有金屬部19的主成分的氧化物。這是因?yàn)?，通過含有金 屬部19的主成分的氧化物，利用結(jié)合力比金屬鍵強(qiáng)的離子鍵，金屬部19和覆蓋層21得以 結(jié)合，因此能夠進(jìn)一步提高金屬部19和覆蓋層21的接合性。另外，在金屬部19以銀為主成分的情況下，有效的是，作為覆蓋層21，使用以AgS 為代表的銀化合物。這是因?yàn)?，金屬?9及覆蓋層21均以銀為主成分，因此能夠提高金屬 部19和覆蓋層21的接合性。另外，如圖7所示，優(yōu)選覆蓋層21包括層疊的多個(gè)層。這是因?yàn)?，通過覆蓋層21 包括多個(gè)層，即使在任一個(gè)層中產(chǎn)生了裂紋的情況下，也將該裂紋的擴(kuò)展僅限于上述層，使 裂紋在多個(gè)覆蓋層21的層間停止，能夠防止裂紋向其他層伸展。由此，能夠抑制裂紋對覆 蓋層21整體產(chǎn)生影響。具體來說，作為內(nèi)側(cè)的覆蓋層21，可以使用上述玻璃、鉛、AgS等，作 為外側(cè)的覆蓋層21，可以使用金或樹脂。進(jìn)而，更優(yōu)選覆蓋層21包括金屬部19的主成分的含量不同的多個(gè)層。通過使覆 蓋層21含有金屬部19的主成分，能夠使覆蓋層21的熱膨脹系數(shù)接近金屬部19的熱膨脹 系數(shù)。還有，這是因?yàn)?，覆蓋層21如上所述地包括多個(gè)層的情況下，能夠使覆蓋層21的熱 膨脹系數(shù)階段性地接近金屬部19的熱膨脹系數(shù)，因此能夠緩和在覆蓋層21和金屬部19之 間的因熱膨脹差而產(chǎn)生的應(yīng)力。另外，優(yōu)選覆蓋層21包括彈性模量不同的多個(gè)層。這是因?yàn)?，在覆蓋層21包括彈 性模量不同的多個(gè)層的情況下，能夠使覆蓋層21的彈性模量階段性地接近金屬部19的彈 性模量，因此能夠緩和在覆蓋層21和金屬部19之間的因伸縮驅(qū)動而產(chǎn)生的應(yīng)力。其結(jié)果， 能夠抑制覆蓋層21的自金屬部19的剝離，另外，能夠抑制金屬部19或覆蓋層21中的裂紋 的產(chǎn)生。尤其，優(yōu)選與金屬部19接觸的覆蓋層21使用包含硅石等玻璃的覆蓋層21，在其 上部使用包含樹脂的覆蓋層21。這是因?yàn)?，能夠同時(shí)具有樹脂特有的優(yōu)越的伸縮性能和玻 璃特有的優(yōu)越的密接性能。另外，能夠引起龜裂的應(yīng)力從覆蓋層21的內(nèi)部施加于與金屬部 19接觸的包含玻璃的覆蓋層21的情況下，也在該內(nèi)側(cè)的包含玻璃的覆蓋層21抑制裂紋的 擴(kuò)展，抑制龜裂向具有伸縮性的、外側(cè)的、包含樹脂的覆蓋層擴(kuò)展。其次，說明本實(shí)施方式的層疊型壓電元件的制法。
首先，制作成為壓電體層3的陶瓷生片(ceramic green sheet)。具體來說，混合 壓電陶瓷的預(yù)燒粉末，包含丙烯酸系、丁縮醛系等有機(jī)高分子的粘合劑，和增塑劑而制作漿 料。還有，通過對于該漿料，使用眾所周知的刮漿刀法或壓延輥法等流延成形法，制作陶瓷 生片。作為壓電陶瓷，只要具有壓電特性即可，例如，可以使用包含PWrO3-PbTiO3等的鈣鈦 礦型氧化物等。另外，作為增塑劑，可以使用DBP(鄰苯二甲酸二丁酯)、D0P(鄰苯二甲酸二 辛酯)等。其次，制作成為金屬層5的導(dǎo)電性糊劑。具體來說，通過向銀-鈀等金屬粉末中添 加混合粘合劑及增塑劑等，能夠制作導(dǎo)電性糊劑。使用網(wǎng)板印刷法，在整個(gè)面區(qū)域配設(shè)該導(dǎo) 電性糊劑，如后所述，進(jìn)行燒成，由此形成內(nèi)部電極13。
通過燒成上述導(dǎo)電性糊劑，能夠形成內(nèi)部電極13，但為了形成具有隔著空隙17相 互分離的金屬部19的低剛性金屬層15，通過使用網(wǎng)板印刷法在陶瓷生片上配設(shè)上述飛散 成分比用于形成內(nèi)部電極13的導(dǎo)電性糊劑過剩地混入的導(dǎo)電性糊劑，使在燒成或脫脂的 工序中過剩地混入的飛散成分飛散，因此，能夠形成隔著空隙17相互分離的金屬部19。另外，形成隔著空隙17相互分離的金屬部19的方法不限于上述方法。例如，通過 變更網(wǎng)板的網(wǎng)眼度數(shù)或圖案形狀，也能夠形成上述金屬部19。具體來說，通過將網(wǎng)板的網(wǎng)眼 尺寸設(shè)為15 μ m以下，墨液糊劑量的通過變得不充分，成為所謂的飛白圖案形狀的狀態(tài)，因 此，能夠形成隔著空隙17相互分離的金屬部19。另外，以不使墨液糊劑透過的方式掩蔽網(wǎng)板，由此墨液糊劑的透過也同樣變得不 充分，因此，能夠形成隔著空隙17相互分離的金屬部19。掩蔽的形狀中橢圓或圓形等大致 圓形的緩和應(yīng)力效果高，因此優(yōu)選。作為形成覆蓋金屬部19的側(cè)面的至少一部分的覆蓋層21的方法，可以舉出下述 方法。作為第一個(gè)方法，可以舉出將層疊陶瓷生片和導(dǎo)電性糊劑并燒成得到的層疊體，浸漬 于覆蓋層21的成分的溶液中的方法。這樣通過在覆蓋層21的成分的溶液中浸漬層疊體后 撈起，能夠利用覆蓋層21覆蓋金屬部19表面。此時(shí)，在容器中浸漬層疊體后，對于容器利 用回轉(zhuǎn)泵等真空泵，按每個(gè)容器抽取真空，由此能夠使位于低剛性金屬層中的空隙17的空 氣等氣體脫泡，因此，能夠使覆蓋層21的成分遍布。然后，只要從真空恢復(fù)為大氣壓后，力口 熱元件，從溶液僅使溶劑揮發(fā)，就能夠與空隙17 —同形成覆蓋層21。作為覆蓋層21的成分的溶液，可以使用將四乙氧基硅烷(TEOS)或硅膠分散于水 中得到的溶液。在這種情況下，覆蓋層21可以形成主要包括Si的氧化物的玻璃的覆蓋層 21。另外，通過使用將環(huán)氧系或硅酮系的樹脂稀釋于丙酮、醚、氯仿、或工業(yè)用稀釋劑等溶劑 中得到的溶液，覆蓋層21能夠形成包含樹脂的覆蓋層21。作為第二個(gè)方法，可以舉出在成為上述低剛性金屬層15的導(dǎo)電性糊劑中混入成 為覆蓋層21的部件，從而在上述燒成時(shí)使其析出的方法。尤其，使用了基于在燒成時(shí)使成 為如上所述的覆蓋層21的成分析出的覆蓋層21的形成方法的情況下，不需要所謂的將層 疊體浸漬于上述覆蓋層21的成分的溶液中后撈起的工序，因此，能夠降低成本。在內(nèi)部電極13包含銀-鈀時(shí)，使用銀-鈀的銀比率比成為內(nèi)部電極13的導(dǎo)電性 糊劑高的導(dǎo)電性糊劑作為低剛性金屬層15，由此能夠不經(jīng)過復(fù)雜的工序而形成低剛性金屬 層15。這是因?yàn)椋绻谛纬傻蛣傂越饘賹?5的位置配設(shè)上述銀比率高的導(dǎo)電性糊劑，從而利用同時(shí)燒成來形成層疊結(jié)構(gòu)體7，則銀從銀比率高的導(dǎo)電性糊劑擴(kuò)散。通過銀擴(kuò)散， 形成相互分離的多個(gè)金屬部19，其結(jié)果，上述銀比率高的導(dǎo)電性糊劑成為剛性低于壓電體 層3或內(nèi)部電極13的低剛性金屬層15。此時(shí)，通過在成為低剛性金屬層15的導(dǎo)電性糊劑中混入形成覆蓋層21的玻璃，能 夠形成覆蓋層21。這是因?yàn)?，混入?dǎo)電性糊劑中的形成覆蓋層21的玻璃與銀一同擴(kuò)散。如 上所述，使用銀-鈀的銀比率高于成為內(nèi)部電極13的導(dǎo)電性糊劑的導(dǎo)電性糊劑作為低剛性 金屬層15的情況下，銀從銀比率高的導(dǎo)電性糊劑擴(kuò)散。伴隨該銀的擴(kuò)散，成為覆蓋層21的 玻璃成分連動而擴(kuò)散。進(jìn)而，作為覆蓋層21，更優(yōu)選含有蒸汽壓高于銀的鉛的氧化物。這是因?yàn)椋捎谠?擴(kuò)散的過程中，上述鉛氧化物從金屬部19蒸發(fā)，因此，與該鉛氧化物的蒸發(fā)連動，從而形成 覆蓋層21的玻璃在覆蓋金屬部19的位置析出。從而，作為形成覆蓋層21的玻璃，優(yōu)選含 有PbO-SiO2的玻璃。還有，層疊結(jié)構(gòu)體不限定于通過上述制法來制作的層疊結(jié)構(gòu)體，只要能夠制作多 個(gè)壓電體層3和多個(gè)金屬層5交替層疊而成的層疊結(jié)構(gòu)體，可以通過任意的制法來制作。然后，以與端部在層疊型壓電元件的側(cè)面露出的內(nèi)部電極13導(dǎo)通的方式形成外 部 電極9。該外部電極9可以通過向玻璃粉末中添加粘合劑，制作銀玻璃導(dǎo)電性糊劑，并將 其印刷并燒結(jié)來得到。接下來，在包括包含硅酮橡膠的外裝樹脂的樹脂溶液中浸漬形成了外部電極9的 層疊結(jié)構(gòu)體。還有，通過將硅酮樹脂溶液真空脫氣，使硅酮樹脂與層疊結(jié)構(gòu)體的側(cè)面外周表 面的凹凸部密接，然后，從硅酮樹脂溶液撈起層疊結(jié)構(gòu)體。由此，在層疊結(jié)構(gòu)體的側(cè)面涂敷 硅酮樹脂(未圖示)。還有，用導(dǎo)電性粘接劑(未圖示)等，使外部電極9與作為通電部23 的導(dǎo)線連接。經(jīng)由導(dǎo)線，向一對外部電極9施加0. 1 3kV/mm的直流電壓，將層疊結(jié)構(gòu)體極化， 由此完成本實(shí)施方式的層疊型壓電元件。將導(dǎo)線連接于外部的電壓供給部(未圖示)，經(jīng)由 作為通電部23的導(dǎo)線及外部電極9向內(nèi)部電極13施加電壓，由此能夠使各壓電體層3因 反壓電效應(yīng)而大幅度地變位。由此，能夠使其作為例如向發(fā)動機(jī)噴射供給燃料的汽車用燃 料噴射閥來發(fā)揮功能。接下來，說明本發(fā)明的噴射裝置。圖8是表示本發(fā)明的噴射裝置的實(shí)施方式的一 例的概略剖面圖。如圖8所示，在本實(shí)施方式的噴射裝置中，在一端具有噴射孔的收容容器 的內(nèi)部收容有以上述實(shí)施方式為代表的層疊型壓電元件。在收容容器內(nèi)配設(shè)有能夠開閉噴 射孔的針型閥。在噴射孔中，以根據(jù)針型閥的工作能夠連通的方式配設(shè)有燃料通路。該燃 料通路與外部的燃料供給源連結(jié)，時(shí)常以恒定的高壓向燃料通路供給燃料。從而，若針型閥 開放噴射孔，則向燃料通路供給的燃料以恒定的高壓向未圖示的內(nèi)燃機(jī)的燃料室內(nèi)噴出。另外，針型閥的上端部的內(nèi)徑大，并且在收容容器中配置形成的汽缸和能夠滑動 的活塞。還有，在收容容器內(nèi)收容有上述層疊型壓電元件。在這樣的噴射裝置中，若通過電壓的施加，層疊型壓電元件伸長，則活塞被按壓， 針型閥閉塞噴射孔，燃料的供給被停止。另外，若停止電壓的施加，則層疊型壓電元件收縮， 碟形彈簧推回活塞，噴射孔與燃料通路連通，從而進(jìn)行燃料的噴射。另外，本實(shí)施方式的噴射裝置具備具有噴射孔的容器、和層疊型壓電元件，在容器內(nèi)填充的液體可以通過層疊型壓電元件的驅(qū)動從噴射孔噴出。即，層疊型壓電元件不一定 位于容器的內(nèi)部，只要通過層疊型壓電元件的驅(qū)動，將壓力施加于容器的內(nèi)部既可。還有， 在本實(shí)施方式中，液體中除了燃料、墨液等之外，還包括導(dǎo)電性糊劑等各種液態(tài)流體。其次，說明本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)。圖9是表示本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的實(shí)施方 式的一例的概略圖。如圖9所示，本實(shí)施方式的燃料噴射系統(tǒng)具備存儲高壓燃料的共軌； 噴射存儲在該共軌中的燃料的多個(gè)上述噴射裝置；向共軌供給高壓的燃料的壓力泵；以及 向噴射裝置賦予驅(qū)動信號的噴射控制單元。噴射控制單元利用傳感器等檢測發(fā)動機(jī)的燃料室內(nèi)的狀況的同時(shí)，控制燃料噴射 的量或時(shí)間。壓力泵發(fā)揮將燃料從燃料罐以1000 2000大氣壓左右，優(yōu)選以1500 1700 大氣壓左右，向共軌送入的作用。在共軌中存儲從壓力泵送過來的燃料，適當(dāng)?shù)厮腿雵娚溲b 置。噴射裝置如上所述，從噴射孔將少量的燃料向燃料室以霧狀噴射。還有，本發(fā)明涉及層疊型壓電元件、噴射裝置及燃料噴射系統(tǒng)，但不限定于上述實(shí) 施方式，例如，只要是搭載于汽車發(fā)動機(jī)的燃料噴射裝置、噴墨器等液體噴射裝置、光學(xué)裝 置等精密定位裝置、防振動裝置等的驅(qū)動元件，或者搭載于燃燒壓力傳感器、爆燃傳感器、 加速度傳感器、負(fù)載傳感器、超聲波傳感器、壓敏傳感器、偏航率傳感器等的電路元件等利 用了壓電特性的元件，就可以實(shí)施。
另外，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式，可以在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行 各種變更。
實(shí)施例[實(shí)施例1]本發(fā)明的層疊型壓電元件1如下所述地制作。首先，制作混合了以平均粒徑為0. 4 μ m的鈦酸鋯酸鉛(PZT)粉末為主成分的原料 粉末、粘合劑、及增塑劑的漿料，利用刮漿刀法，制作了厚度150 μ m的陶瓷生片。接下來，制作了向含有作為Ag95wt% _Pd5wt%的金屬組成的銀鈀合金粉末的原 料粉末中添加了粘合劑的導(dǎo)電性糊劑A。進(jìn)而，制作了向含有作為Ag98wt% _Pd2wt%的金屬組成的銀鈀合金粉末的原料 粉末中添加了粘合劑的導(dǎo)電性糊劑B。在試料編號1中，在上述陶瓷生片的一面，利用網(wǎng)板印刷法，將導(dǎo)電性糊劑A以厚 度成為30 μ m的方式進(jìn)行印刷。還有，層疊印刷有導(dǎo)電性糊劑A的各生片，制作了層疊結(jié)構(gòu) 體7。還有，作為層疊數(shù)，以使金屬層5的數(shù)量成為300的方式進(jìn)行層疊，在層疊結(jié)構(gòu)體7的 層疊方向的兩端部分別僅層疊20張未印刷有導(dǎo)電性糊劑的陶瓷生片。在試料編號2 5中，在上述陶瓷生片的一面，利用網(wǎng)板印刷法，將導(dǎo)電性糊劑A 以厚度成為30 μ m的方式進(jìn)行印刷。另外，在其他上述陶瓷生片的一面，利用網(wǎng)板印刷法， 將導(dǎo)電性糊劑B以厚度成為30 μ m的方式進(jìn)行印刷。在金屬層5中，在試料編號2中使導(dǎo) 電性糊劑B位于層疊方向的第50、250個(gè)，在試料編號3中，使導(dǎo)電性糊劑B位于層疊方向 的第50、100、150、200、250個(gè)，還有在試料編號4、5中，使導(dǎo)電性糊劑B位于層疊方向的第 1、50、100、150、200、250、300個(gè)，由此層疊印刷有導(dǎo)電性糊劑A的生片和印刷有導(dǎo)電性糊劑 B的生片，制作了層疊結(jié)構(gòu)體7。還有，與試料編號1相同地，作為層疊數(shù)，以使金屬層5的數(shù)量成為300的方式進(jìn)行層疊，在層疊結(jié)構(gòu)體7的層疊方向的兩端部分別僅層疊20張未印 刷有導(dǎo)電性糊劑的陶瓷生片。接下來，對各自的試料編號的層疊結(jié)構(gòu)體7，在規(guī)定的溫度下除去粘合劑后，以 800 1200°C燒成而得到了燒結(jié)體。此時(shí)，在試料編號2 5的層疊結(jié)構(gòu)體7中，由于使用 了銀濃度不同的導(dǎo)電性糊劑A和導(dǎo)電性糊劑B，因此銀從銀濃度高的導(dǎo)電性糊劑B向銀濃度 低的導(dǎo)電性糊劑A擴(kuò)散。由此，如表1所示，形成空隙率為80%的高空隙率的低剛性金屬層 15。在此，對于試料編號2 4的燒結(jié)體而言，浸漬于向含有10%的TEOS的水溶液中 添加了作為凝膠化加速劑的稀硫酸Ippm而成的溶液中，將試料編號5的燒結(jié)體浸漬于含有 環(huán)氧樹脂(商品名阿拉路戴特(7，卜)LY-5052)5%的丙酮溶液中，為了使溶液浸 滲低剛性金屬層，利用回轉(zhuǎn)泵，將每一個(gè)容器減壓至2X IO3Pa以下的氣壓。然后，恢復(fù)至大 氣壓后，在80°C下干燥1小時(shí)。還有，對于各個(gè)試料編號的層疊結(jié)構(gòu)體7，加工為期望的尺寸的基礎(chǔ)上，分別形成 了外部電極9。首先，向以銀為主成分的金屬粉末中添加混合粘合劑、增塑劑、玻璃粉末等， 從而制作了外部電極9用的導(dǎo)電性糊劑。將該導(dǎo)電性糊劑利用網(wǎng)板印刷等印刷于上述燒結(jié) 體側(cè)面的形成外部電極9的部位。進(jìn)而，以600 800°C燒成，形成了外部電極9。如上所 述地制作了層疊型壓電元件1。在此，對于試料編號5的層疊型壓電元件1而言，浸漬于含有環(huán)氧樹脂(商品名阿 拉路戴特LY-5052)5%的丙酮溶液中，為了使溶液浸滲低剛性金屬層，利用回轉(zhuǎn)泵，將每一 個(gè)容器減壓至2X103Pa以下的氣壓。然后，恢復(fù)至大氣壓后，利用丙酮清洗元件表面，除去 樹脂成分，在80°C下干燥1小時(shí)。分別制作了兩個(gè)上述試料編號的層疊型壓電元件1。這是為了將一個(gè)用于基于掃 描電子顯微鏡(SEM)的觀察，將剩余一個(gè)用于驅(qū)動評價(jià)。將在各試料編號的層疊型壓電元 件1的制作中使用的導(dǎo)電性糊劑的成分、燒成后的金屬層5的空隙率、低剛性金屬層15的 形狀示于表1中。還有，空隙率是指在層疊結(jié)構(gòu)體7的與層疊方向垂直或平行的剖面中，空隙17的 面積相對于層疊結(jié)構(gòu)體7的剖面積所占的比例(％)?？障堵实臏y定如下所述地進(jìn)行。首先，以與層疊方向垂直的剖面露出的方式，使用公知的拋光機(jī)構(gòu)，對層疊結(jié)構(gòu)體 7進(jìn)行拋光處理。具體來說，例如，作為拋光裝置，可以使用基模特日本O ”卜
> )(株)公司制臺式拋光機(jī)KEMET-V-300，利用金剛石糊劑進(jìn)行拋光。例如， 利用SEM、光 學(xué)顯微鏡、金屬顯微鏡等，觀察通過該拋光處理而露出的剖面，得到剖面圖像，從而對該剖 面圖像進(jìn)行圖像處理，由此測定了蒸汽的空隙率。[表1] 如表1所示，試料編號1的層疊型壓電元件1使用相同成分的導(dǎo)電性糊劑，因此， 沒有形成低剛性金屬層15。另一方面，在試料編號2 5的層疊型壓電元件1中，通過銀的 擴(kuò)散，形成低剛性金屬層15。另外，由此可知，能夠形成相對于金屬層5的空隙率15%，低 剛性金屬層15的空隙率為80%，剛性小于金屬層5及壓電體層3的低剛性金屬層15。用SEM進(jìn)行觀察的結(jié)果，在試料編號2 4中，如圖4所示，在多個(gè)金屬部19的一 部分形成了包含SiO2的玻璃體的覆蓋層21。這是因?yàn)?，TEOS中的Si氧化物在凝膠化后， 作為玻璃體在金屬部19表面析出。另外，在多個(gè)金屬部19的一部分，除了包含上述SiO2的 玻璃體的覆蓋層21之外，還形成有包含Ag硫化而成的AgS的覆蓋層21。在試料編號5中，如圖4所示，在多個(gè)的金屬部19的一部分形成有包含環(huán)氧樹脂 的覆蓋層21。接下來，進(jìn)行了驅(qū)動評價(jià)。作為驅(qū)動評價(jià)，進(jìn)行高速響應(yīng)性評價(jià)和耐久性評價(jià)。首先，在外部電極9連接導(dǎo)線，經(jīng)由導(dǎo)線，將3kV/mm的直流電場向正極及負(fù)極的外 部電極9施加15分鐘，進(jìn)行極化處理，制作了使用層疊型壓電元件1的壓電促動器。向得 到的層疊型壓電元件1施加170V的直流電壓，測定初始狀態(tài)的變位量的結(jié)果，試料編號1 的壓電促動器為45 μ m，試料編號2-4的壓電促動器為40 μ m。試料編號1的壓電促動器的 變位量大于其他試料編號的壓電促動器是因?yàn)樵谠嚵暇幪?-4的層疊型壓電元件1中，低 剛性金屬層15未作為內(nèi)部電極13發(fā)揮作用。作為高速響應(yīng)性評價(jià)，在室溫下，將0 +170V的交流電壓從150Hz逐漸增加頻率 地向各個(gè)壓電促動器施加。作為耐久性評價(jià)，在室溫下，將0 +170V的交流電壓以150Hz 的頻率向各個(gè)壓電促動器施加，進(jìn)行連續(xù)驅(qū)動試驗(yàn)至IXlO9次。結(jié)果如表2所示。[表 2] 如表2所示，作為高速響應(yīng)性評價(jià)結(jié)果，在試料編號1的壓電促動器中，在頻率超 過IkHz時(shí)發(fā)出了蜂鳴聲。這是因?yàn)?，試料編?的層疊型壓電元件1不具備低剛性金屬層 15，因此，基于內(nèi)部電極13的向壓電體層3的約束力大。其原因分析如下，即由于壓電體 層3的約束力大，因此阻礙高速響應(yīng)性，其結(jié)果，不能追隨施加的交流電壓的頻率。還有，為了確認(rèn)驅(qū)動頻率，使用橫河制示波器DL1640L，確認(rèn)試料編號1的壓電促 動器的脈沖波形的結(jié)果，在相當(dāng)于驅(qū)動頻率的整數(shù)倍的頻率處確認(rèn)到高次諧波噪音。另外，如表2所示，作為耐久性評價(jià)結(jié)果，在試料編號1的壓電促動器中，評價(jià)試驗(yàn) 后的變位量為5 μ m,與評價(jià)試驗(yàn)前相比，降低了接近90%。另外，在試料編號1的壓電促動 器中，在層疊壓電元件的一部分發(fā)現(xiàn)了剝離。另一方面，在試料編號2-5的壓電促動器中，未發(fā)現(xiàn)剝離，評價(jià)試驗(yàn)后的變位量也 為35 40μπι，與評價(jià)試驗(yàn)前相比，變位量的降低抑制為10%以下。尤其發(fā)現(xiàn)，在試料編號 5的壓電促動器中，幾乎未發(fā)現(xiàn)變位量的降低，具有非常高的耐久性。[實(shí)施例2]將本發(fā)明的層疊型壓電元件1如下所述地制作。首先，與實(shí)施例1的生片相同地，制作了陶瓷生片。接下來，與實(shí)施例1的導(dǎo)電性 糊劑A相同地，制作了導(dǎo)電性糊劑C。進(jìn)而，在含有作為Ag98wt %一 Pd2wt %的金屬組成的 銀合金粉末的原料粉末中，作為形成覆蓋層21的成分，將相對于銀鈀合金粉末為0. 01wt% 的SiO2的四乙氧基硅烷(TEOS)和相對于銀鈀合金粉末為0. 01襯％的Pb3O4與粘合劑一同 添加，制作了導(dǎo)電性糊劑D。在試料編號6中，在上述陶瓷生片的一面，利用網(wǎng)板印刷法，將導(dǎo)電性糊劑C以厚 度成為30 μ m的方式進(jìn)行印刷。還有，層疊印刷有導(dǎo)電性糊劑C的各生片，制作了層疊結(jié)構(gòu) 體7。還有，作為層疊數(shù)，以使金屬層5的數(shù)量成為300的方式進(jìn)行層疊，在層疊結(jié)構(gòu)體7的 層疊方向的兩端部分別僅層疊20張未印刷有導(dǎo)電性糊劑的陶瓷生片。在試料編號7 10中，在上述陶瓷生片的一面，利用網(wǎng)板印刷法，將導(dǎo)電性糊劑C 以厚度成為30 μ m的方式進(jìn)行印刷。另外，在其他上述陶瓷生片的一面，利用網(wǎng)板印刷法，將導(dǎo)電性糊劑D以厚度成為30 μ m的方式進(jìn)行印刷。在金屬層5中，在試料編號7中使導(dǎo) 電性糊劑D位于層疊方向的第50、250個(gè)，在試料編號8中，使導(dǎo)電性糊劑D位于層疊方向 的第50、100、150、200、250個(gè)，從而制作了層疊結(jié)構(gòu)體7。還有，在試料編號9、10中，以使導(dǎo)電性糊劑D位于層疊方向的第1、50、100、150、 200,250,300個(gè)的方式層疊印刷有導(dǎo)電性糊劑C的生片、和印刷有導(dǎo)電性糊劑D的生片，從 而制作了層疊結(jié)構(gòu)體7。還有，與試料編號6相同地，作為層疊數(shù)，以使金屬層5的數(shù)量成為 300的方式進(jìn)行層疊，在層疊結(jié)構(gòu)體7的層疊方向的兩端部分別僅層疊20張未印刷有導(dǎo)電 性糊劑的陶瓷生片。接下來，對各自的試料編號的層疊結(jié)構(gòu)體7，在規(guī)定的溫度下除去粘合劑后，以 800 1200°C燒成而得到了燒結(jié)體。此時(shí)，在試料編號7 9的層疊結(jié)構(gòu)體7中，使用銀濃 度不同的導(dǎo)電性糊劑C和導(dǎo)電性糊劑D，因此，銀從銀濃度高的導(dǎo)電性糊劑D向銀濃度低的 導(dǎo)電性糊劑C擴(kuò)散。由此，如表3所示，形成空隙率為80%的高空隙率的低剛性金屬層15。
接下來，將各個(gè)燒結(jié)體加工為期望的尺寸的基礎(chǔ)上，分別形成了外部電極9。首先， 向以銀為主成分的金屬粉末中添加混合粘合劑、增塑劑、玻璃粉末等，從而制作了外部電極 9用的導(dǎo)電性糊劑。如果將該導(dǎo)電性糊劑利用網(wǎng)板印刷等印刷于上述燒結(jié)體側(cè)面的形成外 部電極9的部位而以600 800°C燒成，則能夠形成外部電極9。如上所述地制作了層疊型 壓電元件1。在此，對于試料編號10的層疊型壓電元件1而言，浸漬于含有環(huán)氧樹脂(商品名 阿拉路戴特LY-5052)5%的丙酮溶液中，為了使溶液浸滲低剛性金屬層，利用回轉(zhuǎn)泵，將每 一個(gè)容器減壓至2X IO3Pa以下的氣壓。然后，恢復(fù)至大氣壓后，利用丙酮清洗元件表面，除 去樹脂成分，在80°C下干燥1小時(shí)。分別制作了兩個(gè)上述試料編號的層疊型壓電元件1。這是為了與實(shí)施例1相同地 用于基于掃描電子顯微鏡(SEM)的觀察以及驅(qū)動評價(jià)。將在各試料編號的層疊型壓電元件 1的制作中使用的導(dǎo)電性糊劑的成分、燒成后的金屬層5的空隙率、低剛性金屬層15的形狀 示于表3中。還有，在實(shí)施例2中，空隙率是指與實(shí)施例1相同的比例(％)。關(guān)于空隙率的測 定與實(shí)施例1相同。[表3] 如表3所示，試料編號6的層疊型壓電元件1使用相同成分的導(dǎo)電性糊劑，因此， 未形成低剛性金屬層15。另一方面，在試料編號7-9的層疊型壓電元件1中，通過銀的擴(kuò) 散，形成低剛性金屬層15。另外，由此可知，能夠形成相對于金屬層5的空隙率15%，低剛 性金屬層15的空隙率為80%，與金屬層5及壓電體層3相比，剛性低的低剛性金屬層15?；赟EM觀察的結(jié)果，在試料編號7 9中，如圖6所示，在低剛性金屬層15中的 多個(gè)金屬部19的一部分形成有包含SiO2-PbO2-AgO的玻璃體的覆蓋層21。這是因?yàn)?，混?導(dǎo)電性糊劑的Si氧化物、Pb氧化物與銀一同擴(kuò)散，上述玻璃體與部分Pb氧化物的蒸發(fā)一 同在金屬部19表面析出。在試料編號10中，如圖7所示，低剛性金屬層15中的多個(gè)金屬部19的一部分在 包含SiO2-PbO2-AgO的玻璃體的覆蓋層21a的表面的位置部形成有包含環(huán)氧樹脂的覆蓋層 21b。接下來，進(jìn)行了驅(qū)動評價(jià)。作為驅(qū)動評價(jià)，進(jìn)行了高速響應(yīng)性評價(jià)和耐久性評價(jià)。首先，在外部電極9連接導(dǎo)線，向正極及負(fù)極的外部電極9經(jīng)由導(dǎo)線將3kV/mm的 直流電場施加15分鐘，進(jìn)行極化處理，制作了使用層疊型壓電元件1的壓電促動器。向得 到的層疊型壓電元件1施加170V的直流電壓，測定初始狀態(tài)的變位量的結(jié)果，試料編號6 的壓電促動器為45 μ m，試料編號7-9的壓電促動器為40 μ m。試料編號1的壓電促動器的 變位量大于其他試料編號的壓電促動器是因?yàn)樵谠嚵暇幪?-9的層疊型壓電元件1中，低 剛性金屬層15未作為內(nèi)部電極13發(fā)揮作用。作為高速響應(yīng)性評價(jià)，在室溫下，將0 +170V的交流電壓從150Hz逐漸增加頻率 地向各個(gè)壓電促動器施加。作為耐久性評價(jià)，在室溫下，將0 +170V的交流電壓以150Hz 的頻率向各個(gè)壓電促動器施加，進(jìn)行連續(xù)驅(qū)動試驗(yàn)至IXlO9次。結(jié)果如表4所示。[表 4] 如表4所示，作為高速響應(yīng)性評價(jià)結(jié)果，在試料編號6的壓電促動器中，在頻率超 過IkHz時(shí)發(fā)出蜂鳴聲。其原因分析如下，即試料編號6的層疊型壓電元件1與實(shí)施例1 的試料編號1的元件1相同地，不具備低剛性金屬層15，因此，不能追隨施加的交流電壓的頻率。為了確認(rèn)驅(qū)動頻率，使用橫河制示波器DL1640L，確認(rèn)試料編號6的壓電促動器的 脈沖波形的結(jié)果，在相當(dāng)于驅(qū)動頻率的整數(shù)倍的頻率處確認(rèn)到高次諧波噪音。另外，如表4所示，作為耐久性評價(jià)結(jié)果，在試料編號6的壓電促動器中，評價(jià)試驗(yàn) 后的變位量為5 μ m,與評價(jià)試驗(yàn)前相比，降低了接近90%。另外，在試料編號1的壓電促動 器中，在層疊型壓電元件的一部分發(fā)現(xiàn)了剝離。另一方面，在試料編號7 10的壓電促動器中，未發(fā)現(xiàn)剝離，評價(jià)試驗(yàn)后的變位量 也為35 40μπι，與評價(jià)試驗(yàn)前相比，變位量的降低抑制為10%以下。尤其發(fā)現(xiàn)，在試料編 號9、10的壓電促動器中，幾乎未發(fā)現(xiàn)變位量的降低，具有非常高的耐久性。
權(quán)利要求
一種層疊型壓電元件，其特征在于，所述層疊型壓電元件具有多個(gè)壓電體層和多個(gè)金屬層交替層疊而成的層疊結(jié)構(gòu)體，所述多個(gè)金屬層具備內(nèi)部電極；以及剛性比所述壓電體層及所述內(nèi)部電極低的低剛性金屬層，所述低剛性金屬層具有隔著空隙相互分離的多個(gè)金屬部；以及覆蓋該金屬部的表面的至少一部分的覆蓋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊型壓電元件，其特征在于，在所述多個(gè)金屬部中的至少一個(gè)金屬部中，該金屬部的表面的一部分露出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層疊型壓電元件，其特征在于，在所述多個(gè)金屬部中的至少一個(gè)金屬部中，該金屬部的表面被相互分離的多個(gè)所述覆蓋層復(fù)蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層疊型壓電元件，其特征在于，在所述多個(gè)金屬部中的至少一個(gè)金屬部中，該金屬部的表面在相互分離的多個(gè)區(qū)域露出ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的層疊型壓電元件，其特征在于，使所述金屬部的表面在相互分離的多個(gè)區(qū)域露出的覆蓋層為網(wǎng)眼狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述覆蓋層的至少一部分與所述壓電體層接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述多個(gè)金屬部的至少一個(gè)金屬部隔著所述覆蓋層與壓電體層接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于，在所述多個(gè)金屬部的至少一個(gè)金屬部中，該金屬部的表面整體被所述覆蓋層覆蓋。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述覆蓋層包含樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述覆蓋層包含銀化合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述覆蓋層包含鉛。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述覆蓋層以玻璃為主成分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述玻璃的主成分為硅氧化物。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 8以及12中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述覆蓋層含有所述金屬部的主成分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述覆蓋層含有所述金屬部的主成分的氧化物。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述金屬部以銀為主成分，所述覆蓋層包括銀化合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1 15中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于，所述覆蓋層包括層疊的多個(gè)層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述覆蓋層包括所述金屬部的主成分含量不同的多個(gè)層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的層疊型壓電元件，其特征在于，在包括多個(gè)層的所述覆蓋層中，越靠近所述金屬部，所述金屬部的主成分含量越多。
20.根據(jù)權(quán)利要求17 19中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述覆蓋層包括彈性模量不同的多個(gè)層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的層疊型壓電元件，其特征在于，在包括多個(gè)層的所述覆蓋層中，越靠近所述金屬部，彈性模量越接近所述金屬部的彈 性模量。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的層疊型壓電元件，其特征在于，包括多個(gè)層的所述覆蓋層具有與所述金屬部接觸的包含玻璃的層和其上的包含樹脂的層。
23.一種噴射裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1 22中任一項(xiàng)所述的層疊型壓電元件和噴射孔， 其中，通過驅(qū)動所述層疊型壓電元件，從所述噴射孔噴出液體。
24.一種燃料噴射系統(tǒng)，其中， 具有具備高壓燃料的共軌；噴射儲存在該共軌中的燃料的權(quán)利要求23所述的噴射裝置；以及 向所述噴射裝置賦予驅(qū)動信號的噴射控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在高電場、高壓力下長時(shí)間連續(xù)驅(qū)動的情況下，也可以抑制變位量的變位，耐久性優(yōu)越的層疊型壓電元件。所述層疊型壓電元件具有多個(gè)壓電體層和多個(gè)金屬層交替層疊而成的層疊結(jié)構(gòu)體，多個(gè)金屬層具備內(nèi)部電極、和剛性比壓電體層及內(nèi)部電極低的低剛性金屬層，低剛性金屬層具有隔著空隙相互分離的多個(gè)金屬部、和覆蓋該金屬部的側(cè)面的至少一部分的覆蓋層。
文檔編號F02M51/06GK101842915SQ20088011380
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者岡村健 申請人:京瓷株式會社