專利名稱：層疊型壓電元件、具備其的噴射裝置以及燃料噴射系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種例如在驅動元件(壓電促動器)、傳感器元件以及電路元件等中使用的層疊型壓電元件、具備該層疊型壓電元件的噴射裝置以及燃料噴射系統(tǒng)。
背景技術：
作為現(xiàn)有的層疊型壓電元件中的外部電極，如專利文獻1所公開的，使用具備銀等導電材料和玻璃的導電性糊。通過將該導電性糊涂敷到層疊體的側面并進行燒制而形成外部電極。在該外部電極的更外側，使用焊錫或導電性粘接劑等連接并固定用于向外部電極提供電壓的導線部件?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻1 JP特開2005-174974號公報專利文獻2 JP特開2002-61551號公報但是，在專利文獻1記載的使用外部電極的層疊型壓電元件中，在高電場、高壓力下或長時間的連續(xù)驅動這樣的過于嚴酷的條件下使用時，產生連接固定于外部電極的外部導線部件剝離，無法對外部電極提供電壓，層疊型壓電元件無法變位的問題。尤其，在增大層疊型壓電元件的變位距離并以高速驅動時，可考慮在預先對層疊型壓電元件施加負荷而壓縮的狀態(tài)下使用，但若在該狀態(tài)下連續(xù)驅動層疊型壓電元件，則從與層疊型壓電元件連接固定的外部導線部件反復施加拉伸以及壓縮應力，結果是，還產生外部導線部件變得更容易剝離的問題。另一方面，在流通大電流，并以高速驅動層疊型壓電元件的情況下，雖然可考慮增厚外部電極的厚度，但僅僅簡單地增厚外部電極，則驅動引起的應力變高，結果是產生外部電極從層疊體的側面剝離、或者斷線的問題。因此，取代增厚外部電極的技術，如專利文獻2所示，也可以采取在第一外部電極的平坦的表面設置第二外部電極的結構。但是，即使是這種結構，在長時間以高電場、高變位連續(xù)驅動的情況下，在第一外部電極產生的龜裂還會向第二外部電極進展，結果是，產生外部電極斷線，無法對一部分的壓電體提供電壓，變位特性下降的問題。進而，在外部電極流通大電流并以高速驅動的情況下，還產生外部電極發(fā)熱，從而被熱破壞的問題。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有的問題而提出的，其目的在于提供一種即使在過于嚴酷的條件下使用時，外部電極也不會斷線或從層疊體側面剝離，而且外部導線部件也不會從外部電極剝離或者外部電極遭到熱破壞的層疊型壓電元件。本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，包括壓電體層及內部電極層交替層疊的層疊體；與該層疊體的側面接合且與所述內部電極層電連接的外部電極；以及覆蓋該外部電極的表面的導電性連接部件，其中，所述導電性連接部件的表面至少在所述層疊體的層疊方向上重復形成為凹凸。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，在上述結構中，所述凹凸在所述層疊體的層疊方向上周期性重復。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，在上述結構中，所述外部電極的表面在所述層疊體的層疊方向上重復形成為凹凸。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，在上述結構中，與所述導電性連接部件的表面的凸部對應的所述外部電極的表面成為凹部。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，在上述結構中，所述導電性連接部件的表面的凸部的高度是所述層疊體的層疊方向的中央部的高度高于兩端部的高度。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，在上述結構中，所述導電性連接部件的表面的所述凹凸的高低差是所述層疊體的層疊方向的中央部的高低差大于兩端部的高低差。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，在上述結構中，在所述導電性連接部件的表面成為凸出的部位埋設有外部導線部件的一部分。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，在上述結構中，所述外部導線部件的被所述導電性連接部件埋設的部分可追隨于所述層疊體的伸縮。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，在上述結構中，所述導電性連接部件是由在樹脂中分散有由銀或以銀為主成分的合金構成的非球形導電性粒子的導電性樹脂形成的。另外，本發(fā)明的層疊型壓電元件的特征在于，在上述結構中，所述樹脂是具有酰亞胺鍵的樹脂。本發(fā)明的噴射裝置的特征在于，具備具有噴射孔的容器；上述本發(fā)明的層疊型壓電元件，在所述容器內蓄積的流體通過所述層疊型壓電元件的驅動而從所述噴射孔被噴
出ο本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的特征在于，具備蓄積高壓燃料的共軌；噴射在該共軌中蓄積的所述高壓燃料的上述本發(fā)明的噴射裝置；向所述共軌供給所述高壓燃料的壓力泵；以及對所述噴射裝置提供驅動信號的噴射控制單元。發(fā)明效果根據本發(fā)明的層疊型壓電元件，由于層疊型壓電元件包括壓電體層及內部電極層交替層疊的層疊體；與層疊體的側面接合且與內部電極層電連接的外部電極；以及覆蓋外部電極的表面的導電性連接部件，其中，導電性連接部件的表面至少在層疊體的層疊方向上重復形成為凹凸，因此，導電性連接部件相對于因層疊體的層疊方向的伸縮而產生的應力具有柔軟性(應力緩和效果)，所以即使在高速連續(xù)驅動層疊型壓電元件的情況下，也可以抑制外部電極以及導電性連接部件斷線或從層疊體的側面剝離。另外，當在預先對層疊型壓電元件施加負荷而將其壓縮的狀態(tài)下使用時，即使從連接固定于層疊型壓電元件的外部導線部件反復施加拉伸以及壓縮應力，也可以通過導電性連接部件的表面至少在層疊體的層疊方向上重復成為凹凸所帶來的應力緩和效果，抑制外部導線部件剝離而斷線。另外，即使在外部電極以及導電性連接部件中流通大電流，并以高速驅動層疊型壓電元件的情況下，由于在導電性連接部件的表面設有凹凸，因此導電性連接部件的表面積變大，散熱特性提高。結果是，可以抑制外部電極以及導電性連接部件因發(fā)熱而被熱破壞。進而，在導電性連接部件的表面涂敷有絕緣性樹脂的情況下，由于在導電性連接部件的表面設有凹凸，所以通過錨固效應，絕緣性樹脂相對于導電性連接部件的接合強度提高。結果是，即使在反復連續(xù)驅動層疊型壓電元件的情況下，也可以抑制絕緣性樹脂從導電性連接部件剝離的情況發(fā)生。另外，在本發(fā)明的層疊型壓電元件中，當將導電性連接部件的表面的凹凸在層疊體的層疊方向上周期性重復時，可以在層疊方向上以均等的分布吸收因層疊體的伸縮而產生的應力。另外，在本發(fā)明的層疊型壓電元件中，當外部電極的表面在層疊體的層疊方向重復形成為凹凸時，通過錨固效應，導電性連接部件相對于外部電極的接合強度提高。結果是，即使在反復連續(xù)驅動層疊型壓電元件的情況下，也可以抑制導電性連接部件從外部電極剝離的情況發(fā)生。另外，在本發(fā)明的層疊型壓電元件中，當與導電性連接部件的表面的凸部相對應的外部電極的表面變成凹部時，構成導電性連接部件恰如彈簧那樣進行作用的構造，因此， 尤其在預先對層疊型壓電元件施加負荷而將其壓縮的狀態(tài)下使用時，即使從連接固定于層疊型壓電元件的外部導線部件反復施加拉伸以及壓縮應力，也可以通過進一步的應力緩和效果，抑制外部導線部件剝離而斷線。另外，在本發(fā)明的層疊型壓電元件中，當導電性連接部件的表面的凸部的高度是層疊體的層疊方向的中央部的高度高于兩端部的高度時，可以進一步提高應力緩和效果。 即，在預先對層疊型壓電元件施加負荷而將其壓縮的狀態(tài)下使用時，層疊體的中央部的外周距離在層疊體壓縮時變得大于層疊體的端部的外周距離，相反，在層疊體伸展時變得小于層疊體的端部的外周距離，層疊體的中央部是變形率最大的部分。在此，通過使導電性連接部件的表面的凸部的高度形成為層疊體的層疊方向的中央部的高度高于兩端部的高度， 可以提高在驅動中的層疊型壓電元件變形最大的部分的應力緩和效果。從而可以進一步抑制外部電極以及導電性連接部件的斷線、剝離以及熱破壞或外部導線部件的剝離?；谕瑯永碛桑诒景l(fā)明的層疊型壓電元件中，當導電性連接部件的表面的凹凸的高低差是層疊體的層疊方向的中央部的高低差大于兩端部的高低差時，可以提高在驅動中的層疊型壓電元件變形最大的部分的應力緩和效果。從而，可以進一步抑制外部電極以及導電性連接部件的斷線、剝離以及熱破壞或外部導線部件的剝離。另外，在本發(fā)明的層疊型壓電元件中，當在導電性連接部件的表面凸出的部位埋設有外部導線部件的一部分時，在流通大電流、以高速且高負荷的狀態(tài)長期連續(xù)驅動層疊型壓電元件的情況下，即使在導電性連接部件的凹部產生龜裂時，外部電極也不會電氣性斷線，結果是，可以抑制無法對一部分壓電體層供給電壓而導致變位特性下降的情況。另外，在本發(fā)明的層疊型壓電元件中，當外部導線部件的被導電性連接部件埋設的部分可追隨于層疊體的伸縮時，可以抑制因外部導線部件的約束力導致層疊型壓電元件的變位特性下降、或負荷施加于導電性連接部件而使導電性連接部件從外部電極剝離。另外，在本發(fā)明的層疊型壓電元件中，當導電性連接部件由樹脂中分散有由銀或以銀為主成分的合金構成的非球形導電性粒子的導電性樹脂形成時，由于與含有玻璃的、 通過燒制形成的電極相比，導電性連接部件變柔軟，因此相對于層疊體的伸縮的追隨性變得更好，可有效吸收應力。另外，作為導電性樹脂含有的導線性材料，通過采用耐氧化性好、電阻低的銀或以銀為主成分的合金構成的導電性粒子，即使在高溫使用時，導電性粒子也不會氧化，可以實現(xiàn)低電阻。結果是，可以穩(wěn)定地對層疊體供給電壓。進而，通過將導電性粒子的形狀形成為鱗片狀或針狀等非球形，相鄰的導電性粒子彼此并非在一點接觸，而是以多點、線或面來接觸的方式互相牽連，從而可以大幅度增大導電性連接部件的剪切強度。結果是，即使在以高電場連續(xù)驅動層疊型壓電元件的情況下， 也可以抑制在導電性連接部件上產生龜裂等。另外，通過將導電性粒子的形狀形成為鱗片狀或針狀等非球形，可以增加導電性粒子彼此的接觸面積，使導電性連接部件的電阻降低，因此，即使在流通大電流并以高速驅動層疊型壓電元件時，也可以抑制導電性連接部件的發(fā)熱，從而可以防止導電性連接部件熱老化或斷線。另外，在本發(fā)明的層疊型壓電元件中，當導電性連接部件的樹脂是具有酰亞胺鍵的樹脂時，即使在高溫下連續(xù)驅動層疊型壓電元件的情況下，導電性連接部件也不會容易熱老化，可以提供長期具有高可靠性的層疊型壓電元件。根據本發(fā)明的噴射裝置，由于其具備具有噴射孔的容器；上述本發(fā)明的層疊型壓電元件，并且在容器內蓄積的流體通過層疊型壓電元件的驅動而從噴射孔被噴出，所以， 可以抑制導電性連接部件從層疊型壓電元件的層疊體的側面的外部電極剝離。另外，由于可以抑制外部電極因發(fā)熱而被熱破壞，所以可以長期穩(wěn)定地進行所希望的液體噴射。根據本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)，由于其具備蓄積高壓燃料的共軌；噴射在共軌中蓄積的高壓燃料的上述本發(fā)明的噴射裝置；向共軌供給高壓燃料的壓力泵；以及對噴射裝置提供驅動信號的噴射控制單元，因此可以長期穩(wěn)定地進行所希望的高壓燃料的噴射。


圖1是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實施方式之一例的立體圖；圖2是與圖1所示的層疊型壓電元件的層疊方向平行的截面圖；圖3是圖2所示的層疊型壓電元件中的層疊體與外部電極以及導電性連接部件的接合界面附近的放大截面圖；圖4是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實施方式的其他例子的與層疊方向平行的截面圖；圖5是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實施方式的其他例子的與層疊方向平行的截面圖；圖6是表示在圖3所示的導電性連接部件的表面凸出的部位埋設有外部導線部件的狀態(tài)的放大截面圖；圖7(a) (d)是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件中的外部導線部件的各種形狀的俯視圖；圖8是表示本發(fā)明的噴射裝置的實施方式之一例的概略截面圖9是表示本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的實施方式之一例的概略框圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的層疊型壓電元件的實施方式的例子。圖1是表示本發(fā)明的層疊型壓電元件的實施方式之一例的立體圖。圖2是與圖1 所示的層疊型壓電元件的層疊方向平行的截面圖。圖3是圖2所示的層疊型壓電元件中的層疊體與外部電極以及導電性連接部件的接合界面附近的放大截面圖。如圖3所示，本例的層疊型壓電元件1包括壓電體層3與內部電極層5交替層疊的層疊體7 ；接合于該層疊體7的側面且與內部電極層5電連接的外部電極9 ；覆蓋外部電極9的表面的導電性連接部件8，其中，導電性連接部件8的表面至少在層疊體7的層疊方向上重復形成為凹凸8a。根據上述結構，導電性連接部件8對于通過層疊體7的層疊方向的伸縮而產生的應力具有柔軟性，因此，即使在以高速連續(xù)驅動層疊型壓電元件1的情況下，也可以抑制外部電極9以及導電性連接部件8斷線或從層疊體7的側面剝離的情況發(fā)生。另外，即使在外部電極9以及導電性連接部件8中流通大電流，并以高速驅動層疊型壓電元件1的情況下，由于在導電性連接部件8的表面設有凹凸8a，因此導電性連接部件 8的表面積變大，散熱特性提高。結果是，可以抑制外部電極9以及導電性連接部件8因發(fā)熱而被熱破壞。進而，在導電性連接部件8的表面涂敷有絕緣性樹脂的情況下，由于在導電性連接部件8的表面設有凹凸8a，所以通過錨固(anchor)效應，絕緣性樹脂相對于導電性連接部件8的接合強度提高。結果是，即使在反復連續(xù)驅動層疊型壓電元件1的情況下，也可以抑制絕緣性樹脂從導電性連接部件8剝離的情況發(fā)生。在導電性連接部件8的表面設置的凹凸8a例如在截面視圖中形成為曲線狀，從有效緩和應力的觀點出發(fā)，相對于凹凸8a的平均線(以使縱截面中凸部的面積總和與凹部的面積總和相等的方式而引的假想線)而言，凸部的高度為5μπι 200μπι左右，優(yōu)選為 ΙΟμ 50μπι左右。同樣，凹部的深度為5μπι 200μπι左右，優(yōu)選為10 μ m 50 μ m左右。通過將凸部的高度、凹部的深度設在這樣的范圍內，可以有效緩和層疊體7在層疊方向上伸縮時產生的應力。因此，可以抑制在導電性連接部件8上產生龜裂而斷線，或導電性連接部件8從外部電極9剝離這樣的問題的產生。另外，凹凸8a優(yōu)選在層疊體7的層疊方向上周期性地重復形成。這是因為，通過將凹凸8a在層疊體7的層疊方向上周期性地重復形成，可以在層疊方向上以均等的分布吸收因層疊體7的伸縮而產生的應力。此時，從有效緩和因層疊體7的伸縮而產生的應力的觀點出發(fā)，凹凸8a在層疊方向上的重復的間隔(周期)是壓電體層3的厚度的0. 8倍 20 倍左右，優(yōu)選是2倍 8倍左右。在層疊體7的層疊方向上周期性地重復形成有凹凸8a的導電性連接部件8是由分散了導電性材料的樹脂或焊錫等構成的，例如，可以通過如下方法得到通過絲網印刷將含有樹脂的導電性糊平坦地印刷，干燥后，進而在其表面將含有樹脂的導電性糊只圖案印刷到相當于凸部的部分，進行干燥以及燒制。另外，凹凸8a在層疊方向上的重復的間隔(周期)可以一定，也可以在層疊方向上變化。當凹凸8a在層疊方向上的重復的間隔(周期)以隨著朝向層疊方向的中央部而變小的方式變化時，隨著朝向發(fā)熱最大的層疊方向的中央部，凹凸8a的重復的周期變密， 導電性連接部件8的散熱特性隨著朝向層疊方向的中央部而提高。結果是，具有在發(fā)熱最大的層疊體7的層疊方向的中央部難以產生熱破壞的效果，因此優(yōu)選。此外，所謂中央部是指在層疊方向上三等分時的正中區(qū)域，例如，優(yōu)選的是隨著朝向層疊方向的中央部以周期變成一半的方式變化。另外如圖4所示，在外部電極9的表面在層疊體7的層疊方向上重復而變成凹凸的情況下，由于錨固效應，導電性連接部件8相對于外部電極9的接合強度提高。結果是， 即使在反復連續(xù)驅動層疊型壓電元件1的情況下，也可以進一步抑制導電性連接部件8從外部電極剝離。進而，在預先對層疊型壓電元件1施加負荷而將其壓縮的狀態(tài)下使用時，即使從連接固定于層疊型壓電元件1的外部導線部件10反復施加拉伸以及壓縮應力，也可以通過進一步的應力緩和效果，抑制外部導線部件10剝離而斷線。另外，如圖5所示，通過與導電性連接部件8表面的凸部相對應的外部電極9的表面形成凹部，構成導電性連接部件8恰如彈簧那樣進行作用的構造，因此，尤其在預先對層疊型壓電元件1施加負荷而將其壓縮的狀態(tài)下使用時，即使從連接固定于層疊型壓電元件 1的外部導線部件10反復施加拉伸以及壓縮應力，也可以通過進一步的應力緩和效果，抑制外部導線部件10剝離而斷線。另外，凹凸8a的凸部的高度、凹部的深度可以固定，也可以在層疊方向上變化。凹凸8a的凸部的高度、凹部的深度在以隨著朝向層疊方向的中央部而變大的方式變化的情況下，隨著朝向層疊方向的中央部，導電性連接部件8的散熱特性提高。因此，可以起到在發(fā)熱最大的層疊體7的層疊方向的中央部難以產生熱破壞的效果，另外，在預先對層疊型壓電元件1施加負荷而將其壓縮的狀態(tài)下使用時，層疊體7 的中央部的外周距離在層疊體7壓縮時大于層疊體7的端部的外周距離，相反，在層疊體7 伸展時小于層疊體7的端部的外周距離，由于層疊體7的中央部是變形率最大的部分，所以，通過將導電性連接部件8表面的凸部高度形成為層疊體7的層疊方向的中央部的凸部高度高于兩端部的凸部高度，即使在驅動中的層疊型壓電元件1變形最大的區(qū)域，也可以將錨固效應提高到最大，因此優(yōu)選。需要說明的是，只要對應于壓電體層3的變形的比例提高中央部的凸部的高度即可，但優(yōu)選是大致2倍?；谕瑯拥睦碛桑ㄟ^將導電性連接部件8的表面的凹凸高低差形成為層疊體7 的層疊方向的中央部的凹凸高低差大于兩端部的凹凸高低差，可以提高在驅動中的層疊型壓電元件1變形最大的部分的應力緩和效果。需要說明的是，只要對應于壓電體層3的變形的比例增大中央部的凹凸的高低差即可，但優(yōu)選是大致2倍。優(yōu)選導電性連接部件8表面的凸部的頂點成為圓弧狀，該情況下，當層疊型壓電元件1驅動而變形時，通過圓弧部分的曲率變化，可以提高應力緩和效果。進而，對于導電性連接部件8表面的凸部頂點的曲率而言，當層疊體7的層疊方向的中央部的曲率小于兩端部的曲率時，優(yōu)選在中央部的曲率是兩端部的曲率的二分之一時，在驅動中的層疊型壓電元件1變形最大的部分，可以減小表面形狀的變形率，因此，可以提高在驅動中的層疊型壓電元件1變形最大的部分的應力緩和效果。因而可以進一步抑制外部電極9以及導電性連接部件8的斷線、剝離以及熱破壞或外部導線部件10的剝離。另外，如圖6所示，優(yōu)選在導電性連接部件8的表面變凸出的部位埋設外部導線部件10的一部分。根據該結構，在流通大電流、從而以高速且高負荷的狀態(tài)長期連續(xù)驅動層疊型壓電元件1的情況下，即使在導電性連接部件8的凹部產生龜裂時，外部電極8也不會電氣性斷線。結果是，可以抑制無法對一部分壓電體層3供給電壓而導致變位特性下降的情況。需要說明的是，對于上述外部導線部件10而言，雖然可以在導電性連接部件8的變凸出的部位的一部分埋設外部導線部件10的一部分，但更為優(yōu)選的是，在導電性連接部件8的大致整個變凸出的部位埋設外部導線部件10的一部分。進而，對于一部分被埋設于凹凸8a的變凸出的部位(凸部)的外部導線部件10 而言，為了在凹部產生龜裂的情況下也能夠給外部電極9供電，優(yōu)選通過共用電極(母線電極)等在凹部以外的部位進行電連接以及機械連接而共用化。共用化的結構不限于利用共用電極(地址母線電極)等進行，也可以是外部導線部件10在凹部以外的部位連接起來的結構。在設導電性連接部件為100體積％的情況下，在導電性連接部件8中埋設的外部導線部件10的相對于導電性連接部件8的體積比優(yōu)選為2體積％ 30體積％。通過在該范圍內，可以有效抑制外部電極8電氣斷線，而且，可以抑制因外部導線部件10的體積比過大而導致導電性連接部件8相對于層疊體7的伸縮的追隨性下降的情況。在導電性連接部件8的表面變凸出的部位埋設外部導線部件10的一部分的結構可通過如下方法等得到首先，通過絲網印刷法等在外部電極9的表面均勻印刷含有樹脂粘接劑的導電性糊，之后在規(guī)定的位置設置外部導線部件10，進而在其表面的與外部導線部件10相當?shù)牟糠謭D案印刷含有樹脂粘接劑的導電性糊。另外，如圖7所示，外部導線部件10可采用各種結構。圖7(a)是將金屬線材平行配置的結構，圖7(b)是由編成網狀的金屬線構成的結構，圖7(c)以及圖7(d)是通過蝕刻法或使用沖裁模具的沖裁法將金屬板的一部分打穿的結構。它們是在層疊體7的伸縮方向上降低彈性率的結構，在層疊體7的伸縮方向上可以彈性變形。即，通過使用圖7所示結構的外部導線部件10，能夠追隨于層疊體7的伸縮。結果是，可以抑制因外部導線部件10的約束力導致層疊型壓電元件1的變位特性下降、或負荷施加于導電性連接部件8而使導電性連接部件8從外部電極9剝離。需要說明的是，外部導線部件10也可以是圖7所示以外的構造，例如只要是設有空隙等而在層疊體7的伸縮方向上降低了彈性率的構造即可。另外，導電性連接部件8優(yōu)選通過將由銀或以銀為主成分的合金構成的非球形導電性粒子分散到樹脂中的導電性樹脂形成。此時，與含有玻璃的通過燒制形成的電極相比， 由于導電性連接部件8變柔軟，所以相對于層疊體7的伸縮的追隨性進一步變好，可以有效吸收應力。另外，作為導電性樹脂中含有的導電性材料，通過使用由耐氧化性好、電阻低的銀或以銀為主成分的合金構成的導電性粒子，即使在高溫下使用時，導電性粒子也不會氧化， 可以實現(xiàn)低電阻。結果是，可以穩(wěn)定地對層疊體7供給電壓。進而，如果導電性粒子的形狀形成為鱗片狀或針狀等非球形，則相鄰的導電性粒子彼此并非在一點接觸，而是以多點、線或面來接觸的方式互相牽連，從而可以大幅度增大導電性連接部件8的剪切強度。結果是，即使在以高電場連續(xù)驅動層疊型壓電元件1的情況下，也可以抑制在導電性連接部件8上產生龜裂等。另外，如果導電性粒子的形狀形成為鱗片狀或針狀等非球形，則由于導電性粒子彼此的接觸面積增加，所以可以使導電性連接部件8的電阻降低，即使在流通大電流并以高速驅動層疊型壓電元件1時，也可以抑制導電性連接部件8的發(fā)熱，從而可以防止導電性連接部件8熱老化或斷線。對于構成導電性粒子的、銀或以銀為主成分的合金，在導電性粒子是由銀構成的情況下，導電性粒子由純銀或含有雜質等的銀構成。另外，在導電性粒子由以銀為主成分的合金構成的情況下，導電性粒子由Ag-Pd合金、Ag-Pt合金、Ag-Cu合金等合金構成。需要說明的是，所謂以銀為主成分意味著銀的含量超過50質量％的情況、或者是銀的含量為最大的情況。優(yōu)選導電性粒子的平均粒徑為Ιμπι 20μπι。若是該范圍內，則可使導電性連接部件8的電阻變低，且可以提高導電性連接部件8的剪切強度。需要說明的是，在導電性粒子是非球形且用金屬顯微鏡或掃描型電子顯微鏡(SEM)測定并求解平均粒徑的情況下， 例如，可以將一個導電性粒子的粒徑的最大徑和最小徑的平均值規(guī)定為該導電性粒子的粒徑，并基于該平均值來算出導電性粒子的平均粒徑。優(yōu)選導電性連接部件8中含有的導電性粒子的含量是85質量％ 98質量％。若是該范圍，則可以充分降低導電性連接部件8的電阻，而且，可以抑制由導電性樹脂構成的導電性連接部件8相對于層疊體7的伸縮的追隨性下降的情況發(fā)生。另外，導電性連接部件8中也可以含有非球形的導電性粒子和粒徑小于非球形導電性粒子的球形的導電性粒子。此時，通過使小粒徑的導電性粒子進入在非球形導電性粒子彼此之間形成的間隙中，可以使電導通的導電性粒子的量增多，從而可以進一步降低導電性連接部件8的電阻。另外，由導電性樹脂形成導電性連接部件8時的樹脂優(yōu)選是聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺等具有酰亞胺鍵的樹脂。如此，通過利用具有高耐熱性的聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺等具有酰亞胺鍵的樹脂作為形成導電性連接部件8的樹脂，即使在高溫下連續(xù)驅動層疊型壓電元件1，導電性連接部件8也不會容易熱老化。結果是，可以提供長期具有高可靠性的層疊型壓電元件1。下面，對本實施方式的層疊型壓電元件1的制造方法進行說明。首先，制作成為壓電體層3的陶瓷生片。具體地說，將壓電陶瓷的焙燒粉末、由丙稀系、丁縮醛系等有機高分子構成的粘合劑以及可塑劑混合在一起制作料漿。然后，通過采用刮板法或壓輥法等帶成型法，由該料漿制作陶瓷生片。作為壓電陶瓷只要是具有壓電特性的陶瓷即可，例如可采用由H^rO3-PbTiO3構成的鈣鈦礦型氧化物等。另外，作為可塑劑， 可以采用鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)等。下面，制作成為內部電極層5的導電性糊。具體地說，通過在銀-鈀的金屬粉末中添加混合粘合劑以及可塑劑，可以制作導電性糊。在上述的陶瓷生片上，采用絲網印刷法以內部電極層5的圖案配設該導電性糊。進而，將多片印刷了該導電性糊的陶瓷生片層疊，以規(guī)定的溫度進行脫粘合劑后，以900 1200°C的溫度燒制，從而可以形成具備了交替層疊的壓電體層3以及內部電極層5的層疊體7。需要說明的是，層疊體7不限定于通過上述制造方法制造，只要能夠制作將多個壓電體層3和多個內部電極層5交替層疊而成的層疊體7，用何種制造方法形成都可以。接著，在燒制得到的層疊體7上，利用平面磨床進行磨削，以形成為規(guī)定的形狀。之后，在以銀為主成分的導電性粒子以及玻璃粉末中加入粘合劑、可塑劑以及溶劑，制作含有銀玻璃導電性糊，通過絲網印刷法等以外部電極9的圖案將上述含有銀玻璃導電性糊印刷在層疊體7的側面。之后，以規(guī)定的溫度進行干燥以及燒制，從而可以形成外部電極9。下面，利用絲網印刷法等，將燒制硬化后成為導電性連接部件8的含有樹脂粘接劑的導電性糊以能夠在層疊方向上重復而在表面形成凹凸的方式印刷在外部電極9的表面，之后使其硬化，由此可形成在層疊方向上重復而在表面具備凹凸的導電性連接部件8。 即，作為在導電性連接部件8的表面形成凹凸的方法，例如有如下方法首先，通過絲網印刷平坦地印刷含有樹脂粘接劑的導電性糊，干燥后，進一步在其表面上將含有樹脂導電性糊只圖案印刷到與凸部相當?shù)牟糠?，進行干燥以及燒制。此外，作為含有樹脂粘接劑的導電性糊，通過采用整平性好的糊，可在表面形成具有平滑凹凸的導電性連接部件8。相反，通過采用含有整平性差的樹脂粘接劑的導電性糊， 則可以形成在表面形成有具有清晰臺階差的凹凸的導電性連接部件8。需要說明的是，整平性可以通過調整導電性糊所含有的溶劑成分的量來進行調整。另外，作為在導電性連接部件8的凸部埋設外部導線部件10的一部分的方法，首先，在外部電極9的表面通過絲網印刷法等均勻印刷含有樹脂粘接劑的導電性糊，之后，在規(guī)定的位置設置外部導線部件10，進而在其表面的與外部導線部件10相當?shù)牟糠謭D案印刷含有樹脂粘接劑的導電性糊即可。由此，可以形成在表面具有凹凸的導電性連接部件8， 并且可以制作在與導電性連接部件8的凸部相當?shù)牟糠致裨O了外部導線部件10的一部分的層疊型壓電元件1。需要說明的是，外部導線部件10可以使用將金屬線材在與層疊方向垂直的方向上大致并行配置的部件，或使用將金屬線編成網狀的部件，或使用通過蝕刻法或使用了沖裁模具的沖裁法將金屬板的一部分打穿的結構的部件。它們是在層疊方向上具有伸縮性的形狀。此外，將金屬線編成網狀的部件可以是平紋織也可以是斜紋織。而且，形成網的金屬線與層疊方向所成的角度從相對于層疊方向具有柔軟性的觀點出發(fā)優(yōu)選為10度以上， 更優(yōu)選為30度 60度。進而，外部導線部件10的材質優(yōu)選是銀、鎳、銅、磷青銅、鐵、不銹鋼等金屬或合金。另外，也可以在外部導線部件10的表面形成由銀或鎳等構成的鍍膜。接著，將形成有外部電極9、導電性連接部件8的層疊體7浸漬在含有成為外裝樹脂的硅酮樹脂的樹脂溶液中。然后，通過對樹脂溶液進行真空脫氣，使硅酮樹脂密接在層疊體7的外周側面，之后，從樹脂溶液中提起層疊體7。由此，在形成有外部電極9及導電性連接部件8的層疊體7的側面涂敷硅酮樹脂。之后，對連接于一對外部電極9的導電性連接部件8施加0. 1 3kV/mm的直流電壓，并對構成層疊體7的壓電體進行分極，由此完成本例的層疊型壓電元件1。根據該層疊型壓電元件1，經作為導電性連接部件8的導線將外部電極9和外部的電源連接起來，并對壓電體層3施加電壓，由此可以通過反壓電效應使各壓電體層3較大變位。由此，例如可以使其作為向發(fā)動機噴射供給燃料的汽車用燃料噴射閥起作用。下面，對于本發(fā)明的噴射裝置的實施方式的例子進行說明。圖8是表示本發(fā)明的噴射裝置的實施方式之一例的概略截面圖。如圖8所示，本例的噴射裝置9在一端具有噴射孔21的收納容器(容器)23的內部收納有上述的本實施方式的層疊型壓電元件1。在收納容器23內配設有可以對噴射孔21進行開閉的針閥25。對應于針閥25的動作，流體通路27可以與噴射孔21連通。該流體通路27連結于外部的流體供給源，對流體通路27始終以高壓供給流體。因此，當針閥25將噴射孔21打開時，向流體通路27供給的流體從噴射孔21被排出到外部或相鄰的容器、例如內燃機的燃料室(未圖示)。另外，針閥25的上端部的內徑變大，配置有可與在收納容器23形成的汽缸四滑動的活塞31。而且，在收納容器23內收納有前述的本實施方式的層疊型壓電元件1。在這種噴射裝置19中，當層疊型壓電元件1被施加電壓而伸長時，活塞31被按壓，針閥25將與噴射孔21相通的流體通路27閉塞，停止流體的供給。另外，當停止電壓的施加時，層疊型壓電元件1收縮，盤簧33將活塞31壓回，流體通路27開放，噴射孔21與流體通路27連通，從噴射孔21進行流體的噴射。需要說明的是，也可以構成為通過對層疊型壓電元件1施加電壓而打開流體通路 27，通過停止施加電壓而封閉流體通路27。另外，本實施方式的噴射裝置也可以構成為具備具有噴射孔的容器；以及本實施方式的層疊型壓電元件1，通過層疊型壓電元件1的驅動，使填充于容器內的流體從噴射孔噴出。即，層疊型壓電元件1沒必要必須位于容器23的內部，只要構成為通過層疊型壓電元件1的驅動對容器的內部施加用于控制流體噴射的壓力即可。需要說明的是，在本實施方式中，所謂流體除燃料、墨液等之外，還包括其他各種液狀流體(導電性糊等)以及氣體。通過使用本實施方式的噴射裝置19，可以長期穩(wěn)定地控制流體的流量以及噴出時刻。若將采用了本實施方式的層疊型壓電元件1的本實施方式的噴射裝置19用于內燃機，則與現(xiàn)有的噴射裝置相比，可以向發(fā)動機等內燃機的燃燒室更長期精度更好地噴射燃料。下面，對本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的實施方式的例子進行說明。圖9是表示本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的實施方式之一例的概略圖。如圖9所示，本實施方式的燃料噴射系統(tǒng)35具備存儲作為高壓流體的高壓燃料的共軌(common rail) 37 ；用于噴射在該共軌37中存儲的高壓流體的多個本實施方式的噴射裝置19 ；向共軌37供給高壓流體的壓力泵39 ；以及給噴射裝置19提供驅動信號的噴射控制單元41。噴射控制單元41根據外部信息或來自外部的信號控制高壓流體的噴射的量以及時刻。例如，在發(fā)動機的燃料噴射采用噴射控制單元41的情況下，可以一邊用傳感器等感知發(fā)動機的燃燒室內的狀況，一邊控制燃料噴射的量以及時刻。壓力泵39起到以高壓從燃料箱43向共軌37供給流體燃料的作用。例如在發(fā)動機的燃料噴射系統(tǒng)35的情況下，以 1000 2000大氣壓(約IOlMPa 約203MPa)左右、優(yōu)選1500 1700大氣壓(約152MPa 約172MPa)左右的高壓向共軌37送入流體燃料。在共軌37中，蓄積從壓力泵39送來的高壓燃料，并將其適當送入噴射裝置19。噴射裝置19如前所述從噴射孔21將一定的流體噴射到外部或相鄰的容器。例如，在噴射供給燃料的對象是發(fā)動機的情況下，將高壓燃料從噴射孔21向發(fā)動機的燃燒室內以霧狀進行噴射。需要說明的是，本發(fā)明不限定于上述實施方式的例子，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內可以進行各種變更。例如，雖然在上述例子中在層疊體7的相對的兩個側面上各形成一個外部電極9，但也可以在層疊體7的相鄰側面上形成兩個外部電極9，也可以在層疊體 7的同一側面上形成兩個外部電極9。另外，層疊體7的與層疊方向正交的方向上的截面形狀在上述實施方式的例子中是四邊形，但除此之外，也可以是六邊形或八邊形等多邊形、圓形或將直線與圓弧組合起來的形狀。本實施方式的層疊型壓電元件1例如用于驅動元件(壓電促動器)、傳感器元件以及電路元件等。作為驅動元件，例如有汽車發(fā)動機的燃料噴射裝置、噴墨那樣的液體噴射裝置、光學裝置那樣的精密定位裝置、防振裝置。作為傳感器元件，例如有燃燒壓力傳感器、 敲擊傳感器、加速度傳感器、負載傳感器、超聲波傳感器、壓敏傳感器以及偏航率傳感器。另外，作為電路元件，例如有壓電陀螺、壓電開關、壓電變壓器以及壓電斷路器。實施例按照以下方式制作具備本發(fā)明的層疊型壓電元件的壓電促動器。首先，將以平均粒徑為0.4μπι的鈦酸鋯酸鉛(PbZrO3-PbTiO3)為主成分的壓電陶瓷的焙燒粉末和粘合劑以及可塑劑混合在一起制作料漿。使用該料漿通過刮板法制作厚度為100 μ m的成為壓電體層3的陶瓷生片。另外，在銀-鈀合金中加入粘合劑，制作成為內部電極層的導電性糊。接著，通過絲網印刷法在陶瓷生片的單面上印刷成為內部電極層的導電性糊，將 300張這種印刷了導電性糊的陶瓷生片層疊。然后，在980 1100°C下燒制，得到層疊體。使用平面磨床磨削得到的層疊體，制成長8mm寬8mm高30mm的長方體形狀，之后，在形成外部電極的層疊體的側面涂敷含有銀玻璃導電性糊，在650°C下燒制，形成厚 20μπκ寬2mm的外部電極。之后，在外部電極的表面上，通過絲網印刷法印刷含有使平均粒徑5μπι的鱗片狀的銀粉末分散在聚酰亞胺樹脂中的樹脂粘接劑的導電性糊，進行干燥。之后，進一步在其表面通過絲網印刷法，僅在層疊方向上重復的凹凸中的凸部的部分圖案印刷含有樹脂粘接劑的導電性糊，并進行整平，之后干燥。之后，在200°C下進行燒制，在外部電極的表面形成寬 2mm的導電性連接部件。在得到的導電性連接部件的表面，形成凸部的平均高度為25 μ m、凹部的平均深度為25 μ m的凹凸，導電性連接部件的與外部電極相接的一側的面到凹部的底為止的厚度是 50 μ Hi0另外，凹凸重復的間隔(周期)平均是400μπι。如此，制作具備在層疊方向重復形成有凹凸的導電性連接部件的壓電促動器(試料編號2)。另外，作為比較例，制作本發(fā)明范圍之外的、具備表面沒有凹凸的導電性連接部件的壓電促動器(試料編號1)。其是在上述的本發(fā)明的層疊型壓電元件的制法中，在不進行用于形成凸部的導電性粘接劑糊的圖案印刷的情況下形成導電性連接部件的例子。接著，使用上述含有樹脂粘接劑的導電性糊，將導線連接固定于各層疊型壓電元件的導電性連接部件的層疊方向的端部。之后，對于各層疊型壓電元件，經導電性連接部件對外部電極施加15分鐘的3kV/ mm的直流電場，進行分極處理。如此，制作采用了層疊型壓電元件的壓電促動器。在對得到的壓電促動器施加160V的直流電壓時，在層疊體的層疊方向得到40 μ m的變位量。進而，在室溫下對該壓電促動器以150Hz的頻率施加OV +160V的交流電壓，進行連續(xù)驅動IXlO8 次的試驗。表1表示得到的結果。表1
權利要求
1.一種層疊型壓電元件，其特征在于，包括 壓電體層及內部電極層交替層疊的層疊體；與該層疊體的側面接合且與內部電極層電連接的外部電極；以及覆蓋該外部電極的表面的導電性連接部件，其中，導電性連接部件的表面至少在層疊體的層疊方向上重復形成為凹凸。
2.如權利要求1所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述凹凸在所述層疊體的層疊方向上周期性重復。
3.如權利要求1所述的層疊型壓電元件，其特征在于，所述外部電極的表面在所述層疊體的層疊方向上重復形成為凹凸。
4.如權利要求3所述的層疊型壓電元件，其特征在于，與所述導電性連接部件的表面的凸部對應的所述外部電極的表面成為凹部。
5.如權利要求1所述的層疊型壓電元件，其特征在于，所述導電性連接部件的表面的凸部的高度是所述層疊體的層疊方向的中央部的高度高于兩端部的高度。
6.如權利要求1所述的層疊型壓電元件，其特征在于，所述導電性連接部件的表面的所述凹凸的高低差是所述層疊體的層疊方向的中央部的高低差大于兩端部的高低差。
7.如權利要求1所述的層疊型壓電元件，其特征在于，在所述導電性連接部件的表面成為凸出的部位埋設有外部導線部件的一部分。
8.如權利要求7所述的層疊型壓電元件，其特征在于，所述外部導線部件的被所述導電性連接部件埋設的部分可追隨于所述層疊體的伸縮。
9.如權利要求1所述的層疊型壓電元件，其特征在于，所述導電性連接部件是由在樹脂中分散有由銀或以銀為主成分的合金構成的非球形導電性粒子的導電性樹脂形成的。
10.如權利要求9所述的層疊型壓電元件，其特征在于， 所述樹脂是具有酰亞胺鍵的樹脂。
11.一種噴射裝置，其特征在于，具備 具有噴射孔的容器；權利要求1 10中任一項所述的層疊型壓電元件，其中，在容器內蓄積的流體通過層疊型壓電元件的驅動而從噴射孔被噴出。
12.一種燃料噴射系統(tǒng)，其特征在于，具備 蓄積高壓燃料的共軌；噴射在該共軌中蓄積的高壓燃料的權利要求11所述的噴射裝置； 向共軌供給高壓燃料的壓力泵；以及對噴射裝置提供驅動信號的噴射控制單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使在高電場且高壓力下長期連續(xù)驅動時，導電性連接部件也不會斷線的耐久性優(yōu)越的層疊體壓電元件。層疊型壓電元件(1)具備壓電體層(3)及內部電極層(5)交替層疊的層疊體(7)；與層疊體(7)的側面接合且與內部電極層(5)電連接的外部電極(9)；以及在外部電極(9)的表面至少在層疊體(7)的層疊方向上重復形成為凹凸的導電性連接部件(8)。根據該結構，導電性連接部件(8)能夠吸收由層疊體(7)的伸縮而產生的應力，因此可以抑制在導電性連接部件(8)產生龜裂而使其斷線。
文檔編號H01L41/22GK102341928SQ20108000991
公開日2012年2月1日 申請日期2010年2月24日 優(yōu)先權日2009年3月4日
發(fā)明者中村成信 申請人:京瓷株式會社