层叠型压电元件、具有其的喷射装置以及燃料喷射系统.pdf

层叠型压电元件(1)具有隔着内部电极(5)层叠多个压电体层(3)的层叠构造体(7)。该层叠构造体(7)具有：在层叠方向上相邻的阳极侧的内部电极(5a)和阴极侧的内部电极(5b)在层叠方向上对置的对置部(11)；该对置部(11)以外的部位即非对置部(13)。该非对置部(13)具有比内部电极(5)空隙率更大的多孔质部(19)。

1.  一种层叠型压电元件，其特征在于，
具有多个压电体层和多个内部电极交替层叠的层叠构造体，
所述层叠构造体具有：在层叠方向上相邻的阳极侧的所述内部电极和阴极侧的所述内部电极在层叠方向上对置的对置部；位于比所述对置部更靠层叠方向的端部侧的端部侧非对置部，
所述端部侧非对置部具有比所述内部电极空隙率更大的多孔质部。

2.  根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述端部侧非对置部具有比所述内部电极空隙率更小的高密度层。

3.  根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述多孔质部由以金属为主成分的多个金属部及以陶瓷为主成分的多个陶瓷部的至少一方在层叠方向上相邻的两个所述压电体层之间隔着空隙散布而构成。

4.  根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述多孔质部设置在位于所述对置部和所述层叠构造体的侧面之间的侧部侧非对置部。

5.  根据权利要求4所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述多孔质部位于包括所述阳极侧的内部电极的主面的平面和包括与该阳极侧的内部电极在层叠方向上相邻的所述阴极侧的内部电极的主面的平面之间。

6.  一种喷射装置，其特征在于，
具备：具有喷射孔且保持液体的容器和权利要求1所述的层叠型压电元件，
所述喷射装置通过所述层叠型压电元件的驱动，从所述喷射孔喷出所述容器内的所述液体。

7.  一种燃料喷射系统，其具有：
存储燃料的公共管道；
喷出所述公共管道中存储的燃料的权利要求6所述的喷射装置；
向所述公共管道提供高压燃料的压力泵；
对所述喷射装置给予驱动信号的喷射控制单元。

层叠型压电元件、具有其的喷射装置以及燃料喷射系统
技术领域
本发明涉及层叠型压电元件、喷射装置以及燃料喷射系统。
背景技术
近几年，要求对层叠型压电元件进行小型化的同时，即使在高电场且高压力的严酷条件下长时间连续驱动时也能得到稳定的位移特性。层叠型压电元件具有阳极侧和阴极侧的内部电极隔着压电体层在层叠方向上对置的对置部和该对置部以外的部位即非对置部。在这种层叠型压电元件中，因为驱动时对置部位移而非对置部不位移，所以应力容易集中在该非对置部。
为了缓和这样的应力，例如，提出了使电极间的距离变化的层叠型压电元件(专利文献1)，使在压电特性上是非活性的压电体层附近的内部电极的重叠面积比其他的在压电特性上是活性部分的内部电极的重叠面积小的层叠型压电元件(专利文献2)，设置在应力容易集中的部位填充钛酸铅粉末而成的应力缓和层的层叠型压电元件(专利文献3)等。
专利文献1：日本特开昭60-86880号公报；
专利文献2：日本特开平7-30165号公报；
专利文献3：日本特开2001-267646号公报。
上述以往的层叠型压电元件在非对置部具有应力缓和效果。但是，要求层叠型压电元件即使在严酷的条件下长时间连续驱动时也能得到更加稳定的位移特性。
发明内容
本发明的层叠型压电元件具有多个压电体层和多个内部电极交替层叠的层叠构造体。该层叠构造体具有：在层叠方向上相邻的阳极侧的内部电极和阴极侧的内部电极在层叠方向上对置的对置部；位于比该对置部更靠层叠方向的端部侧的端部侧非对置部。该端部侧非对置部具有比内部电极空隙率更大的多孔质部。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的层叠型压电元件的剖视图。
图2是表示第一实施方式的层叠型压电元件的多孔质部附近的分解立体图。
图3是表示图1所示的层叠型压电元件的多孔质部的放大剖视图。
图4是表示本发明的第二实施方式的层叠型压电元件的剖视图。
图5是表示本发明的第三实施方式的层叠型压电元件的剖视图。
图6是表示第三实施方式的层叠型压电元件的多孔质部附近的分解立体图。
图7是表示本发明的第四实施方式的层叠型压电元件的剖视图。
图8是表示本发明的第五实施方式的层叠型压电元件的剖视图。
图9是表示本发明的第六实施方式的层叠型压电元件的剖视图。
图10是表示第六实施方式的层叠型压电元件的多孔质部附近的分解立体图。
图11是表示本发明的第七实施方式的层叠型压电元件的剖视图。
图12是表示本发明的第八实施方式的层叠型压电元件的剖视图。
图13是表示本发明的第九实施方式的层叠型压电元件的剖视图。
图14是表示层叠型压电元件的参考例一的剖视图。
图15是表示参考例1的多孔质部附近的分解立体图。
图16是表示层叠型压电元件的参考例二的多孔质部附近的分解立体图。
图17是表示层叠型压电元件的参考例三的剖视图。
图18是表示层叠型压电元件的参考例四的剖视图。
图19是表示本发明的一实施方式的喷射装置的剖视图。
图20是表示本发明的一实施方式的燃料喷射系统的概略图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的一实施方式的层叠型压电元件(以下称为“元件”)进行详细说明。
<第一实施方式>
如图1所示，本实施方式的元件1具有多个压电体层3和多个内部电极5交替层叠的层叠构造体7。
内部电极5由阳极侧的内部电极5a和阴极侧的内部电极5b构成。这些内部电极5a、5b交替配置。如图2所示，内部电极5a、5b没有形成在压电体层3的主面整体上。内部电极5a、5b分布以每隔一层露出在层叠构造体7的对置的侧面的方式配置。
在层叠构造体7的对置的侧面分别设置阳极侧的外部电极9a和阴极侧的外部电极9b。多个阳极侧的内部电极5a分别电连接阳极侧外部电极9a，多个阴极侧的内部电极5b分别电连接阴极侧外部电极9b。
层叠构造体7具有：在层叠方向上相邻的阳极侧内部电极5a和阴极侧内部电极5b在层叠方向上对置的对置部(活性部)11；位于该对置部11以外的部位且比对置部11更靠层叠方向的端部侧的端部侧非对置部(非活性部)15。端部侧非对置部15没有被异极的内部电极所夹持，所以即使施加电压也不会位移。
端部侧非对置部15具有比内部电极5空隙率大的多孔质部(多孔质层)19。多孔质部19配置在层叠方向上相邻的压电体层4和压电体层4之间。由于在多孔质部19存在很多空隙，所以多孔质部19附近的压电体层3容易变形。由此，在元件1的驱动时即使应力集中在没有位移的端部侧非对置部15，在多孔质部19应力也得到分散而缓和。另外，由于在多孔质部19存在很多空隙，所以多孔质部19比内部电极5及压电体层3刚性更低。由此，当应力施加在端部侧非对置部15时，通过使多孔质部19产生龟裂，能够降低在对置部11的压电体层3及内部电极5产生龟裂。另外，后述的压电性陶瓷本身就容易变形，所以，构成端部侧非对置部15的材料是压电性陶瓷时，能够得到更高的应力缓和效果。
在内部电极5等间隔地配置的情况下，根据由压电材料3的材料常数和内部电极间的距离的关系决定的固有振动频率，驱动元件1时有时发生共振现象。如果发生了共振有时产生呜呜声。如本实施方式，存在多孔质部19时，可以降低呜呜声的产生。即，由于多孔质部19的存在，所以声波的相位发生偏移而能够降低共振现象的发生。
即使将元件1配置在暴露于急剧温度变化的环境的情况下，由于具有多孔质部19，所以能够降低因热膨胀差引起的不良情况的发生。当元件1暴露于急剧的温度变化时，在元件1内产生大的温度梯度。由该温度梯度所产生的热膨胀差会导致在元件1中产生龟裂。另一方面，由于存在和压电体层3比较不容易传导热的多孔质部19，从而在元件1的内部的热的传导速度变慢。其结果，降低在元件1内部产生大的温度梯度。另外，在元件1中，即使在当某些杂音进入驱动电源瞬间对元件施加高电压的情况等，多孔质部19也能够吸收由此引起的应力、热等冲击。
所谓“多孔质部19的空隙率”是指在层叠构造体7的截面中，空隙17的面积相对于多孔质部19的截面面积所占的比例(％)。用与层叠构造体7的层叠方向平行的截面(图1所示的截面)进行评价时，所谓“多孔质部19的截面面积”是指被与该多孔质部19的两侧邻接的压电体层所夹持的区域的面积。对于内部电极5的空隙率也与多孔质部19的情况同样。另外，评价的截面也可以是与层叠构造体7的层叠方向垂直的截面。
为测定空隙率如下进行即可，首先，利用公知的研磨机构对层叠构造体7进行研磨处理使层叠构造体7的截面露出。具体地说，例如作为研磨装置可采用Kemet Japan(株)公司制造的台式研磨机KEMET-V-300，用金刚石研磨膏进行研磨。对于通过该研磨处理露出的截面，例如利用扫描型电子显微镜(SEM)、光学显微镜、金属显微镜等进行观察，得到截面图像。并通过对该截面图像进行图像处理，能够测定内部电极5及多孔质部19的空隙率。
具体地说，对于由光学显微镜拍摄的内部电极5以及多孔质部19的图像，将空隙部分涂成黑色，将空隙以外的部分涂成白色。并且。求出黑色部分的比率、即、(黑色部分的面积)/(黑色部分的面积+白色部分的面积)，通过用百分率进行表示能够算出空隙率。另外，在截面图像是彩色图像时变换成灰色标度而分成黑色部分和白色部分即可。此时，在需要设定用于分为白色部分和黑色部分两个灰度的边界的阈值时，可以通过图像处理软件或目视来设定边界的阈值进行二值化即可。
多孔质部19的空隙率优选为10～95％，更优选为50～90％。当空隙率为10％以上时，可以有效地降低在多孔质部19产生的裂纹向压电体层3及/或内部电极5的发展。另外，当空隙率为95％以下时，能够稳定保持元件1的外形形状。
如图3所示，优选多孔质部19由以金属为主成分的多个金属部(部分金属层)20a及以陶瓷为主成分的多个陶瓷部(部分陶瓷层)20b的至少一方在相邻的两个压电体层4之间隔着空隙散布而构成。通过使多孔质部19为这种方式，在应力施加于元件1时的基于多孔质部19的应力缓和效果变的更大。
当多孔质部19为上述的方式时，由于各个金属部20a及/或陶瓷部20b变形的自由度高，所以多孔质部19更加容易变形。由此，即使应力集中于非对置部15，也能够更加有效地缓和应力。另外，即使在应力集中在一部分的金属部20a及/或陶瓷部20b的情况，由于在其部位的金属部20a及/或陶瓷部20b从压电体层4断裂，或金属部20a及/或陶瓷部20b被破坏，所以能够缓和应力。
优选陶瓷部20b由压电性陶瓷形成。由此，可以得到更高的应力缓和效果。推测出原因如下，即，如果应力施加到陶瓷部20b而变形，则压电体结晶内的离子的配置移动，结晶构造根据应力方向而变形。
优选多个金属部20a以彼此互相隔离而电绝缘的状态散布。在如此形成金属部20a的情况下，即使周围的压电体层3变形而产生电动势，因为多孔质部19降低以致抑制电荷的移动，所以能够降低在元件1内产生电短路。即使在端部侧非对置部15产生因压电体层4的变形引起的电动势而电荷偏向不均匀的情况下，多孔质部19也能够从对置部15对其部位以某种程度屏蔽。由此，能够降低氧空穴等的离子的移动，所以能够降低压电体层3的特性发生变化。
尤其优选多孔质部19具有金属部20a以及由压电性陶瓷构成的陶瓷部20b的双方，并且由这些散布而构成。由于如此形成多孔质部19，所以进一步提高元件1的耐久性。由于在施加应力时金属部20a变形，所以缓和应力的效果高。由于在施加应力时由压电体构成的陶瓷部20b的压电体结晶内的离子配置移动而使结晶构造发生变化，从而缓和应力的效果高。
优选多个金属部20a及/或多个陶瓷部20b在多孔质部19大致均匀地散布。由此，在多孔质部19的大致整个区域能够得到缓和应力效果。
优选多孔质部19具有金属部20a和由压电体构成的陶瓷部20b互相相接的部位。如此形成多孔质部19时，缓和应力的效果更大。如已经示出地，金属部20a和陶瓷部20b应力缓和的作用效果分别具有特征。在金属部20a和陶瓷部20b互相相接时，这些特征更加有效地发挥。由此，能够形成对于应力的响应速度更快并且缓和应力效果更大的多孔质部19。例如，在陶瓷部20b覆盖金属部20a，或金属部20a覆盖陶瓷部20b时，即金属部20a和陶瓷部20b一体化时缓和应力效果进一步提高。
作为多孔质部19的材料，例如可举出铜、镍等单体的金属、银-铂合金、银-钯合金等材料。特别是，从具有耐迁移性或耐氧化性、杨氏模量低、廉价的观点出发，优选以银-钯为主成分。在以银为主成分的情况下，能够与压电体层3进行同时烧成而形成元件1。另外，由于热传导特性高，所以即使由应力集中造成元件1被局部加热，也能够效率良好地散逸热量。进而，在表面没有形成氧化层的被膜的情况下，由于金属粒子富柔性，所以应力缓和效果高。作为多孔质部19的材料，如上所述也可以使用压电性陶瓷。具体地说，可以使用钛酸锆酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)等钙钛矿型氧化物。
作为压电体层3、4的材料，如果是具有压电性的陶瓷并没有特别限定，但是优选使用压电变形常数d33较高的陶瓷。具体地说，优选以钛酸锆酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)等钙钛矿型氧化物为主成分。
作为内部电极5的材料，只要是具有导电性的材料即可并没有特别地限定，但是可以使用铜、镍等金属或银-铂合金、银-钯合金等合金。尤其从具有耐迁移性或耐氧化性、杨氏模量低、廉价的观点出发，优选以银-钯为主成分。
作为外部电极9的材料，只要是导电性良好的材料即可。例如可以使用铜、镍等金属或这些的合金等。尤其因为电阻低且容易处理，优选使用银或以银为主成分的合金。
元件1的组成可以如下进行分析。首先，以多孔质部19等测定部位露出的方式对层叠构造体7进行切断等，选取多孔质部19的一部分。并且，通过进行ICP(电感耦合等离子体)发光分析等化学分析，能够测量多孔质部19的组成。另外，也可以用EPMA(Electron Probe Micro Analysis电子探针微量分析)法等分析方法对元件1的切断面进行分析。
接着，对上述实施方式的元件的制造方法进行说明。首先，制作料浆，其是将PbZrO₃-PbTiO₃等构成的钙钛矿型氧化物的压电性陶瓷的预烧粉末和丙烯酸系、丁缩醛系等有机高分子构成的粘接剂以及DBP(邻苯二甲酸二丁酯)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)等可塑剂进行混合而成。随后，通过利用公知的刮刀法或压延辊法等带成型法将该料浆制作为多个陶瓷生片。
接着，在银-钯等构成内部电极5的金属粉末中，添加混合粘接剂和可塑剂等，制作内部电极用导电性膏剂。通过丝网印刷等将制作的导电性膏剂以1～40μm左右的厚度印刷到所述生片的上表面。
成为多孔质部19的部位如下制作。首先，在银-钯等金属粉末中，通过添加混合粘接剂、可塑剂等制作导电性膏剂。将该导电性膏剂以1～10μm左右的厚度印刷到所述陶瓷生片上表面中的要形成多孔质部19的区域。随后，在印刷面的上表面，以1～10μm左右的厚度印刷添加混合了树脂颗粒、粘接剂、可塑剂等膏剂、或在混合有金属钛粉末的碳粉末中添加混合了粘接剂、可塑剂等膏剂。上述树脂颗粒为混合有金属钛粉末的丙烯酸颗粒等。进而，在该印刷面的上表面，以1～10μm左右的厚度印刷上述导电性膏剂。
印刷了混合有树脂颗粒等上述膏剂的部分，在烧成工序中，丙烯酸颗粒或碳粉末烧掉，且周围的金属粉末烧结。此时，在周围的金属和丙烯酸颗粒或碳粉末烧掉的空间的界面，存在钛金属、钛氧化物等金属钛成分，保持烧掉的空间。进而，之后，上述金属钛成分扩散到金属中或压电体层中，形成多孔质部19。也可以使用氧化钛、氢化钛等钛化合物来代替钛金属。从烧成后扩散且在空隙和金属的界面钛化合物不易残留这一点来看，优选使用钛金属。
也可以在混合了树脂颗粒等上述膏剂中，添加PbZrO₃-PbTiO₃等构成的钙钛矿型氧化物的压电性陶瓷的预烧粉末。由于添加压电性陶瓷的预烧粉末，所以能够以金属部和陶瓷部构成多孔质部19。另外，作为钛金属的替代，添加上述压电性陶瓷的预烧粉末时，能够形成包括陶瓷部的多孔质部19。
多孔质部19也可以如下形成。在所述的陶瓷生片上以1～10μm左右的厚度印刷与上述同样制作的导电性膏剂。随后，利用溅射等薄膜制作方法在该印刷面上形成0.1～5μm左右厚度的氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、二氧化硅薄膜等的薄膜。随后，在该薄膜形成面上以1～10μm左右的厚度印刷上述导电性膏剂。
经过烧成工序，形成了氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、二氧化硅薄膜等薄膜的部分成为0.1～5μm左右厚度的氧化铝层、氮化硅层或二氧化硅层。由于经过后述的极化处理，层叠构造体7伸缩而对多孔质部19施加应力，从而在形成氧化铝层、氮化硅层或二氧化硅层的部位在氧化铝层、氮化硅层或二氧化硅层与银-钯层之间形成空隙。由此，形成具有空隙的多孔质部19。尤其由于实施使极化处理的极性颠倒的颠倒处理，所以层叠构造体7的伸缩变得激烈，在短时间内效率良好地形成空隙。
多孔质部19也可以如下形成。在所述的陶瓷生片上以1～10μm左右的厚度印刷与上述同样制作的导电性膏剂。进而，在此之上配置0.1～5μm左右厚度的氧化铝箔、氮化硅箔、二氧化硅箔。并且，再次将成为上述多孔质部19的导电性膏剂印刷至1～10μm左右的厚度。
经过烧成工序，配置了氧化铝箔、氮化硅箔或二氧化硅箔的部分成为0.1～5μm左右厚度的氧化铝层、氮化硅层或二氧化硅层。这些部位与上述同样经过极化处理形成空隙。
多孔质部19也可以如下形成。在所述的陶瓷生片上以1～10μm左右的厚度印刷与上述同样制作的导电性膏剂。随后，在该印刷面上以1～10μm左右的厚度印刷在BN粉末或石英相的SiO₂粉末中添加混合了粘接剂、可塑剂等的膏剂。随后，以1～10μm左右的厚度印刷上述导电性膏剂。
在烧成工序，印刷了混合有BN粉末或SiO₂粉末的上述膏剂的部分成为BN层或石英相的SiO₂层。在这些部位，由于与上述同样地进行极化处理，所以在BN层或SiO₂层与银-钯层之间形成空隙。
多孔质部19也可以如下形成。在银-钯等金属粉末中添加混合粘接剂、可塑剂等制作导电性膏剂。随后，在比该导电性膏剂银浓度高的金属粉末中添加混合粘接剂、可塑剂等制作多孔质部用的导电性膏剂。通过丝网印刷等将这些导电性膏剂以1～40μm左右的厚度分别印刷到生片的上表面。这些陶瓷生片以在层叠方向上相邻的方式层叠。
在烧成工序，多孔质部用导电性膏剂的银向比该膏剂银浓度低的导电性膏剂侧扩散。由此，烧成后在银扩散的部分形成空隙而成为多孔质部。另一方面，由于银从多孔质用导电性膏剂向与多孔质用导电性膏剂相邻的导电性膏剂扩散，所以该导电性膏剂烧成后成为高密度层。该方法适应于在端部侧非对置部15设置多孔质部19和高密度层21。
由于在多孔质部用的导电性膏剂添加银-钯合金等金属粉末和压电性陶瓷的预烧粉末，所以烧成后多孔质部19由金属部和陶瓷部构成。通过改变银-钯粉末和压电性陶瓷的预烧粉末的混合比率，就能够改变多孔质部19的金属部和陶瓷部的比例。
银-钯等金属粉末可以使用合金粉末，但使用银粉末和钯粉末的混合粉末且调整组成也可。另外，在银-钯的合金粉末中添加银粉末或钯粉末调整组成也可。
接着，层叠印刷有内部电极用导电性膏剂、多孔质部用导电性膏剂等的生片得到层叠成形体。在规定温度下对该层叠成形体进行脱粘接剂处理后，在900～1200℃下通过烧成可以得到层叠构造体7。
优选在形成端部侧非对置部15的生片中，添加构成内部电极5的银-钯等金属粉末。这是由于能够使端部侧非对置部15和其以外部分的压电体层3的烧结时的收缩举动接近。基于同样的理由，也可以在形成端部侧非对置部15的生片上，印刷和内部电极用的导电性膏剂同样的膏剂，使对置部和非对置部的烧成时的收缩举动接近。
另外，层叠构造体7并不限定于通过上述制法制作，如果可以制作交替层叠多个压电体层3和多个内部电极5而构成的层叠构造体7，也可以通过其他的制法形成。
接着，利用公知的方式在层叠构造体7上形成外部电极9而得到元件1。最后，将导线(未图示)连接于外部电极9，经由该导线对一对外部电极9施加0.1～3kV/mm的直流电压，对层叠构造体7进行极化处理。进而，也可以将元件1的表面用硅酮树脂等树脂覆盖。此时，由于使被覆树脂进入向元件1的侧面开口的多孔质部19的空隙，所以基于锚效果被覆树脂的密接强度提高。
<第二实施方式>
如图4所示，也可以在端部侧非对置部15形成多个多孔质部19。通过使在端部侧非对置部15存在多个多孔质部19，可以将施加于元件1的应力有效地分散。另外，能够更加有效地吸收在与层叠方向垂直的方向上发生不均匀的驱动时所产生的起伏。由此降低产生呜呜声的效果提高。另外，由于降低高频信号的产生，所以能够降低产生对控制信号的杂音。对于其他的构成，因为与第一实施方式同样，所以标注相同的符号省略说明(在第三实施方式以后也标注相同的符号省略说明)。
<第三实施方式>
如图5、6所示，多孔质部19也可以由以彼此互相隔离的方式分割配置的多个分割多孔质部19a构成。如图6所示这些分割多孔质部19a在与层叠方向垂直的同一面内排列。由于如此将分割多孔质部19a配置在同一面内，所以即使在该面方向发生不均匀的应力的情况下，也能够在各个分割多孔质部19a有效地吸收应力。另外，因为各分割多孔质部19分别独立，所以即使在超过设想的较大应力施加在一部分的分割多孔质部19a上，在其分割多孔质部19a损坏的情况下，其影响也不容易传递至其他的分割多孔质部19a。因此，其他的分割多孔质部19a不受损坏且能够保持形状。由此，在更长期间发挥应力缓和效果。优选多个分割多孔质部19a规则地配置在上述面方向。由此，能够使上述面内的应力缓和效果在面内更加均匀地分散而发挥。
<第四实施方式>
如图7所示，优选端部侧非对置部15在具有多孔质部19的同时，具有比内部电极5空隙率小的高密度层21。由于具有隔着压电体层和多孔质部19并排，且未和外部电极9电连接的高密度层21，所以当应力施加于元件1时，降低应力集中于压电体层3及内部电极5的效果更大。
如图7所示，由于高密度层21配置于比多孔质部19更靠近层叠构造体7的端部侧的位置，所以在端部侧非对置部15能够使因多孔质部19周边的压电体变形而产生的电动势不偏向而在面内更加均匀地分散。由此，能够降低在压电体中形成空间电荷层，所以能够降低基于空间电荷层而产生的氧空穴离子的形成。其结果，因为能够降低基于氧空穴离子的移动而造成的绝缘性的下降，所以能够进一步提高元件的耐久性。
作为高密度层21的材料，为了使元件内的电荷的移动快速传播，优选银、铜、镍等金属，或银-铂合金、银-钯合金等的合金为主成分。尤其从具有耐迁移性或耐氧化性、杨氏模量低、廉价的观点出发，优选以银-钯为主成分。进而，基于和多孔质部19同样的理由，高密度层21的成分优选为银。另外，从快速传播应力的观点出发优选杨氏模量高的材料，可举出氮化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、钛酸锆酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)等钙钛矿型氧化物为主成分的陶瓷层、金刚石层等。
<第五实施方式>
如图8所示，多孔质部19也可以配置于比高密度层21更靠近层叠构造体7的端部侧的位置。即使基于在位置于端部的内部电极5和端部侧非对置部15的边界附近的压电体变形而产生电动势，其电荷进入高密度层21。因此，能够降低产生的电动势向元件1的端部传播。另外，由于上述电荷进入高密度层21，所以能够降低电荷向内部电极5侧传播。其结果，由于能够降低在压电体中形成空间电荷层，所以能够降低基于空间电荷层所产生的氧空穴离子的形成。因为能够抑制基于氧空穴离子的移动而造成的绝缘性的下降，所以能够进一步提高元件的耐久性。
<第六实施方式>
在图9、10所示的方式，高密度层21形成于比由多个分割多孔质部19a构成的多孔质部19更靠近层叠构造体7的端部的位置。通过随着对置部11的驱动变形而围绕分割多孔质部19a的压电体变形可缓和应力。基于该压电体的变形而产生电动势。由于此时产生的电荷分别分散于各独立存在的分割多孔质部19a，所以在面内电荷不偏向而容易更加均匀地分散。
<第七实施方式>
在图11所示的方式中，高密度层21形成为比由多个分割多孔质部19a所构成的多孔质部19更靠近内部电极5的位置。随着元件1的驱动，内部电极5和高密度层21之间的压电体变形产生电动势。由于此时产生的电荷进入高密度层21，所以能够降低向元件1的端部的传播。另外，通过围绕着分割多孔质部19a的压电体变形而缓和应力。由于此时产生的电荷进入高密度层21，所以能够降低电荷向内部电极5传播。
<第八实施方式>
如图12所示，在端部侧非对置部15中，也可以在层叠构造体7的侧面附近的部位配置多孔质部19。通过如此配置多孔质部19，能够得到兼具端部侧非对置部15和端部侧非对置部17的应力缓和效果。进而，由于可以使多孔质部19所占的比例减少，所以能够降低元件的强度下降。这种结构在元件1的层叠方向的尺寸小于与层叠方向垂直的方向的尺寸的构造情况下有效。另外，内部电极5的层叠数少时上述的多孔质部19的结构也有效。具体地说，层叠数为10层以下时，如上述所示配置多孔质部19为有效。
<第九实施方式>
如图13所示，优选在端部侧非对置部15设置多孔质部19，在端部侧非对置部17也设置多孔质部19b。这是由于通过如此设置多孔质部19、19b，从而不是分别设置的多孔质部各自发挥应力缓和效果，而是能够将元件1的变形相互进行弥补。由此，驱动时的元件1的轴不容易摇动，能够实现稳定的驱动。
<参考例一>
如图14、15所示，元件101的层叠构造体107具有：在层叠方向上相邻的异极的内部电极5彼此在层叠方向上对置的对置部11；该对置部11以外的部位且在对置部11和层叠构造体107的侧面之间设置的侧部侧非对置部(非活性区域)17。该元件101在侧部侧非对置部17具有比内部电极5空隙率大的多孔质部19b。由此，能够在侧部侧非对置部17缓和应力。
优选多孔质部19b设置在包括阳极侧内部电极5a的主面的平面和包括与该阳极侧内部电极5a在层叠方向上相邻的阴极侧内部电极5b的主面的平面之间。这是由于与多孔质部19b和内部电极5在同一个平面上的情况相比较，龟裂不容易向内部电极5发展。另外，在驱动时，能够使施加在内部电极5间的应力集中到多孔质部19b上而缓和应力。
在侧部侧非对置部17，如图14所示优选多孔质部19b在层叠方向上形成多个。通过形成多个多孔质部19b，能够使施加于元件101的应力分散于各多孔质部19b而缓和。
<参考例二>
如图16所示，以多孔质部19b在元件101的侧面整个区域露出的方式，在压电体层3的上表面的周缘部配置时，从元件101的侧面的任何方向施加应力，也可以得到高的应力缓和效果。
<参考例三>
如图17所示，以多孔质部19b在元件101的侧面不露出的方式将多孔质部19b埋设在压电体层3的情况下，得到基于多孔质部19b缓和应力的效果，同时能够有效地降低元件1的尺寸变化。这是因为多孔质部19b露出到元件101的侧面的比例减少，所以元件101的强度提高。
<参考例四>
如图18所示，在层叠方向上相邻的阳极侧内部电极5a和阳极侧内部电极5a之间、以及在层叠方向上相邻的阴极侧内部电极5b和阴极侧内部电极5b之间，也可以配置多个多孔质部19b(在图18的情况下有两个多孔质部19b)。通过如此配置多孔质部19b，能够使施加在各多孔质部19b上的应力更加分散。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明的元件并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内可以进行各种变更。例如，在上述实施方式中，对多孔质部由合金构成的情况进行了说明，但是一部分的多孔质部由合金构成，剩余的多孔质部由单一的金属构成的方式也可。另外，在上述的实施方式中，说明了多孔质部含有相同成分的情况，但是多孔质部为由主成分不同的至少两种以上的层构成的方式也可。
本发明的层叠型压电元件，例如可以适宜用于汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨器等液体喷射装置、光学装置等精密定位装置、振动防止装置等上搭载的驱动元件(压电执行器)；燃烧压力传感器、敲击传感器、加速度传感器、负载传感器、超声波传感器、感压传感器、偏航率传感器等搭载的传感器元件；以及压电陀螺、压电开关、压电变压器、压电断路器等搭载的电路元件等。
<喷射装置>
如图19所示，在本实施方式的喷射装置23中，在一端具有喷射孔25的收纳容器27的内部收容由上述实施方式所代表的本发明的元件。在收纳容器27内配置有能够开闭喷射孔25的针阀29。喷射孔25中，燃料通道31被设为能够与针阀29的动作对应而连通。该燃料通道31与外部的燃料供给源相连接，始终以一定的高压向燃料通道31提供燃料。因此，如果针阀29打开喷射孔25，则提供给燃料通道31的燃料便以一定的高压喷出到未图示的内燃机的燃料室内。
另外，针阀29的上端部内径变大，配置有与形成在收纳容器27中的气缸33可滑动的活塞35。而收纳容器27内收容有具备上述元件1的压电执行器。
这样的喷射装置中，如果压电执行器被施加电压而伸长，则活塞35便被推压，针阀29闭塞喷射孔25，停止燃料的供给。另外，如果停止电压的施加则压电执行器收缩，盘簧37压回活塞35，喷射孔25与燃料通道31连通，进行燃料的喷射。
另外，本发明的喷射装置23可以包括具有喷出孔25并收容液体的容器以及上述元件1，以通过元件1的驱动使得容器内所填充的液体从喷射孔25喷出的方式构成。即，元件1不一定要位于容器内部，以通过元件的驱动向容器的内部施加压力的方式构成即可。此外，本发明中，液体除了燃料、墨液等之外，还包括各种液态流体(导电性膏剂等)。
<燃料喷射系统>
如图20所示，本实施方式的燃料喷射系统39具有：存储高压燃料的公共管道(common rail)41、喷射该公共管道41中存储的燃料的多个上述喷射装置39、向公共管道41提供高压燃料的压力泵43、对喷射装置23给予驱动信号的喷射控制单元45。
喷射控制单元45一边通过传感器等对发动机的燃烧室内的状况进行感知，一边控制燃料喷射的量与时序。压力泵43的作用是从燃料箱47将燃料加压到1000～2000气压左右，优选1500～1700气压左右，输入到公共管道52中。公共管道41中存储从压力泵43送来的燃料，并适当输送给喷射装置23。喷射装置23如上所述，从喷射孔25将少量的燃料以雾状喷射到燃烧室内。
【实施例】
如下制作具有本实施方式的元件的压电执行器。首先，制作混合有以平均粒径为0.4μm的钛酸锆酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃)为主成分的压电陶瓷的预烧粉末、粘接剂以及可塑剂的料浆。利用该料浆通过刮刀法制造成为厚150μm的压电体层3的多个陶瓷生片。
在得到的陶瓷生片的单面，将在银-钯合金(银95质量％-钯5质量％)中添加有粘接剂的导电性膏剂通过丝网印刷法形成的薄片制作多张。在试料No.1～11、13将这些薄片层叠300张得到层叠成形体。在试料No.12、14层叠10张薄片得到层叠成形体。在形成多孔质部19的部分，改变丝网印刷图案印刷银-钯合金(银99质量％-钯1质量％)的导电性膏剂。将得到的层叠成形体在800℃保持后，在1050℃进行烧结，进而在1000℃加热保持1小时后冷却。在各试料，将多孔质部19以表1所示进行配置。
接着，在平均粒径为2μm的薄片状银粉末和剩余部分是以平均粒径为2μm的硅为主成分的软化点为640℃的非晶质玻璃粉末的混合物中，以相对于银粉末和玻璃粉末的合计质量100质量部添加8质量部的粘接剂，充分混合制作银玻璃导电性膏剂。而后，将该银玻璃导电性膏剂印刷到层叠构造体7的对置的侧面并进行干燥后，通过在700℃下进行30分钟的烧印，形成外部电极9。
然后，将导线连接于外部电极9，经由导线对正极及负极的外部电极9施加15分钟的3kV/mm的直流电场，进行极化处理，制作使用了图1所示的元件1的压电执行器。
在对得到的元件1施加170V的直流电压之后，在所有的压电执行器中，在层叠方向上得到了位移量。
在室温下对这些压电执行器施加150Hz频率的0～+170V的交流电压，连续驱动1×10⁹次进行试验，得到的结果如表1所示。另外，在表1中的压电执行器的耐久特性的栏里，将耐久性分别以“◎(优)”、“○(良)”、“×(不可)”所表示。
(表1)

在表1中，没有在非对置部配置能够缓和应力的层的试料号13、14，没有等到规定的1×10⁹循环的连续驱动试验，在第3×10⁷循环性能劣化。对此，本发明的实施例即试料号1～12满足1×10⁹循环后的耐久特性。另外，这些试料从初始状态的位移量的减少量小。尤其试料号6、7、12在1×10⁹循环后元件性能也几乎没有变化，耐久性优良。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种层叠型压电元件，其特征在于，
具有多个压电体层和多个内部电极交替层叠的层叠构造体，
所述层叠构造体具有：在层叠方向上相邻的阳极侧的所述内部电极和阴极侧的所述内部电极在层叠方向上对置的对置部；位于比所述对置部更靠层叠方向的端部侧的端部侧非对置部，
所述端部侧非对置部具有：在层叠方向上相邻的至少两个压电体层；在这些压电体层之间设置的比所述内部电极空隙率更大的多孔质部。
2.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述端部侧非对置部具有比所述内部电极空隙率更小的高密度层。
3.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述多孔质部由以金属为主成分的多个金属部及以陶瓷为主成分的多个陶瓷部的至少一方在层叠方向上相邻的两个所述压电体层之间隔着空隙散布而构成。
4.根据权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述多孔质部设置在位于所述对置部和所述层叠构造体的侧面之间的侧部侧非对置部。
5.根据权利要求4所述的层叠型压电元件，其特征在于，
所述多孔质部位于包括所述阳极侧的内部电极的主面的平面和包括与该阳极侧的内部电极在层叠方向上相邻的所述阴极侧的内部电极的主面的平面之间。
6.一种喷射装置，其特征在于，
具备：具有喷射孔且保持液体的容器和权利要求1所述的层叠型压电元件，
所述喷射装置通过所述层叠型压电元件的驱动，从所述喷射孔喷出所述容器内的所述液体。
7.一种燃料喷射系统，其具有：
存储燃料的公共管道；
喷出所述公共管道中存储的燃料的权利要求6所述的喷射装置；
向所述公共管道提供高压燃料的压力泵；
对所述喷射装置给予驱动信号的喷射控制单元。