层叠型压电元件、具备该层叠型压电元件的喷射装置及燃料喷射系统 【技术领域】
本发明涉及层叠型压电元件、喷射装置及燃料喷射系统，例如涉及用于搭载于汽车引擎的燃料喷射装置、喷墨等的液体喷射装置、光学装置等的精密定位装置、防振装置等上的驱动元件(压电驱动器)、搭载于燃烧压力传感器、爆震传感器、加速度传感器、负荷传感器、超声波传感器、压敏传感器、偏航比率传感器等上的传感器元件、及压电陀螺仪、压电开关、压电变压器、压电断路器等上的电路元件等的层叠压电元件，及具备该层叠压电元件的喷射装置以及燃料喷射系统。
背景技术
以往，层叠型压电元件是在推进小型化的同时为了在大的压力下确保大的位移量而要求的。因此，要求能够在施加更高电压且长时间连续驱动的苛刻条件下使用。
层叠型压电元件与电容器等通常的层叠型电子部件不同，在驱动时元件自身会发生连续地尺寸变化。并且，全部的压电体层经由内部电极而紧贴并驱动，从而层叠型压电元件作为整体会较大地驱动变形。因此，元件中存在大的应力。
作为解决上述课题的手段之一，提出了一种预先在压电体层的一部分上设置多孔性的层作为目标断裂层的元件(专利文献1)。在专利文献1中，通过使层叠型压电元件在目标断裂层处断裂来尝试对各压电体层施加的应力的缓和。另外，提出了一种目标断裂层不是压电体层的一部分而是设置在内部电极的一部分上的层叠型压电元件。
专利文献1：日本特表2006-518934号公报
根据专利文献1公开的方法能在一定程度上缓和对压电体层施加的应力。但是却要求能在向层叠型压电元件施加更高电压的条件下使用。并且，在这种苛刻的条件下，在采用了上述的目标断裂层的情况下，存在在该目标断裂层处产生的裂纹朝预想以外的方向扩展的可能性。
其原因在于，如专利文献1所述，在将目标断裂层设置在压电体层的一部分上的情况下，由于形成目标断裂层的构件和形成压电体层的构件相同，故有在目标断裂层处产生的裂纹扩展到压电体层的可能性。另外，在将目标断裂层设置在内部电极的一部分上的情况下，在形成压电体层的压电体结晶粒子中与该目标断裂层相邻的粒子间存在产生裂纹的可能性。
若与压电体层的结晶粒子比较，内部电极或目标断裂层是连续的大的构造。另外，虽然形成压电体层的各粒子通过给层叠型压电元件通电来进行压电位移，但是由于在这些粒子中与目标断裂层接合的粒子被内部电极束缚，故无法根据驱动电压单独地变形。因此，在这些粒子间存在被目标断裂层束缚而造成的应力。其结果，若使层叠型压电元件在今后要求的高电压下进行压电驱动，则存在裂纹不扩展到该目标断裂层而会扩展到粒子间的可能性。
若裂纹扩展到粒子间且该裂纹到达在层叠方向上相邻的内部电极间，则存在不同极的内部电极间短路、位移量下降的可能性。特别是，在使压电元件在高电压、高压力下驱动的情况下，由于会对压电元件施加瞬间大的应力，故难以使裂纹的方向稳定。因此，需要更有效地缓和对元件施加的应力。
【发明内容】
本发明是鉴于上述课题进行地，其目的在于提供一种即使在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下也能抑制位移量的变化且耐久性良好的层叠型压电元件、利用该层叠型压电元件的喷射装置及燃料喷射系统。
本发明者们专心研究的结果发现，通过配设了具有相互隔离的多个金属部的低刚性金属层，例如在使压电元件在高电压、高压力下驱动的条件下能有效分散对元件施加的应力。
即、本发明的第一层叠型压电元件具有交替层叠有多个压电体层和多个金属层的层叠构造体，其特征在于，所述多个金属层具备：内部电极；和与所述压电体层及所述内部电极相比刚性低的低刚性金属层，所述低刚性金属层具有相互隔离的多个金属部，所述金属部的至少一个仅与在层叠方向上相邻的2个所述压电体层中的一个压电体层接合。
本发明的第二层叠型压电元件具有交替层叠了多个陶瓷层和多个内部电极后的层叠构造体，其特征在于，所述多个陶瓷层具备：压电体层和与该压电体层及所述内部电极相比刚性低的低刚性陶瓷层，所述低刚性陶瓷层具有相互隔离的多个陶瓷部，所述陶瓷部的至少一个仅与在层叠方向上相邻的2个所述压电体层中的一个压电体层接合。
本发明的喷射装置其特征在于，所述喷射装置构成为：具备上述任意一项所述的层叠型压电元件和喷射孔，并通过所述层叠型压电元件的驱动使液体从所述喷射孔喷出。
本发明的燃料喷射系统具备：蓄积高压燃料的共用导轨；喷射蓄积在该共用导轨中的燃料的技术方案9所述的喷射装置；向所述共用导轨供给高压燃料的压力泵；和向所述喷射装置给予驱动信号的喷射控制单元。
(发明效果)
根据本发明能够提供一种即使在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下也会抑制位移量的变化且耐久性良好的层叠型压电元件、采用该层叠型压电元件的耐久性良好的喷射装置及燃料喷射系统。
【附图说明】
图1是表示本发明的第一层叠型压电元件相关的实施方式的一个例子的立体图。
图2是与图1所示的实施方式相关的层叠型压电元件的层叠方向平行的剖视图。
图3是与图1所示的实施方式相关的层叠型压电元件的层叠方向垂直且包括低刚性金属层在内的剖视图。
图4是图3所示的实施方式相关的区域A的放大剖视图。
图5是表示图4所示的实施方式相关的金属部与压电体层接合的放大剖视图。
图6是表示本发明的第一层叠型压电元件相关的实施方式的其他例子的放大剖视图。
图7是表示本发明的第一层叠型压电元件相关的实施方式的其他例子的放大剖视图。
图8是表示本发明的第二层叠型压电元件相关的实施方式的一个例子且与层叠方向平行的剖视图。
图9是图8所示的实施方式相关的区域B的放大剖视图。
图10是表示本发明的第二层叠型压电元件相关的实施方式的其他例子的放大剖视图。
图11是表示本发明的喷射装置的剖视图。
图12是表示本发明的一个实施方式相关的燃料喷射系统的概略图。
符号说明：
1-层叠型压电元件，3-压电体层，5-金属层，7-层叠构造体，9-外部电极，11-内部电极，13-低刚性金属层，15-金属部，17-压电体结晶粒子，19-接合材料，21-陶瓷层，23-低刚性陶瓷层，25-陶瓷部，27-空隙，29-通电部，31-喷射装置，33-喷射孔，35-收纳容器，37-针状阀，39-燃料通路，41-汽缸，43-活塞，45-盘状弹簧，47-燃料喷射系统，49-共用导轨，51-压力泵，53-喷射控制单元，55-燃料槽。
【具体实施方式】
以下，利用附图对本发明的第一层叠型压电元件进行详细说明。图1是表示本发明的第一层叠型压电元件相关的实施方式的一个例子的立体图。图2是图1所示的实施方式的层叠型压电元件且与层叠方向平行的纵向剖视图。图3是图1所示的实施方式的层叠型压电元件且与层叠方向垂直并包括低刚性金属层在内的横向剖视图。
如图1～图3所示，本实施方式的层叠型压电元件1(以下，也称为元件1)具备：层叠构造体7，其交替层叠有多个压电体层3和多个金属层5；和外部电极9，其形成在层叠构造体7的侧面。另外，多个金属层5具备：内部电极11，其与外部电极9电连接；和低刚性金属层13，其与压电体层3及内部电极11相比刚性低。
在本实施方式中，低刚性金属层13称为与压电体层3或内部电极11相比其层内的结合力和/或与相邻的层的结合力弱、刚性小的层，并且，该低刚性金属层13具有互相隔离的多个金属部15。在这些金属部15间例如存在空隙27。另外，在金属部15间也存在以下的形态，即除了空隙27以外也存在陶瓷或树脂等。由此，本发明中的低刚性金属层13是包括这些各种形态的概念。
在使用层叠型压电元件1时等，在从外部向层叠型压电元件1施加强的冲击或应力时能通过低刚性金属层13吸收应力。由此，能抑制在内部电极11或压电体层3处产生裂纹，能抑制在层叠方向上相邻的内部电极11间产生电短路。
另外，在由层叠型压电元件1施加了大的应力的情况下，低刚性金属层13优先断裂。由此，由于通过使低刚性金属层13断裂从而使应力分散，故能抑制内部电极或压电体层破损。
低刚性金属层13、压电体层3及内部电极11的刚性，例如通过在与层叠方向垂直的方向上向元件施加负荷而能容易地进行比较。具体地说，基于JIS3点弯曲试验(JIS R 1601)等，通过从与层叠方向垂直的方向对元件1施加负荷来判断它们的刚性。其原因在于，在进行了上述试验时，只要确认元件1在哪个部分断裂即可。而该断裂地方是元件中刚性最低的地方。
由于本实施方式的层叠型压电元件1具备了低刚性金属层13，故若进行JIS3点弯曲试验，则与压电体层3或内部电极11相比，更靠近该低刚性金属层13或低刚性金属层13与压电体层3的界面附近处优先发生断裂。由此，根据断裂的地方是压电体层3或内部电极11，或者是低刚性金属层13或低刚性金属层13与压电体层3的界面附近而能评价其刚性。
并且，由于只要确认元件1在哪个部分断裂即可，故在试验片小且无法利用上述JIS3点弯曲试验的情况下，也只要以该JIS3点弯曲试验为基准，将元件1加工成长方形的棱柱来制作试验片，并将该试验片放置在按一定距离配置的2支点上，将负荷施加到支点间的中央的1点来加以评价即可。
另外，所谓刚性低，换言之即杨氏模量(Young′s modulus)小。作为杨氏模量的测量方法，例如能利用纳米压痕(Nanoindentation)法。作为测量装置，例如，能利用纳米仪器(Nanoinstrument)公司制作的“纳米刻压机-II”。也可以使低刚性金属层13、压电体层3或内部电极11露出于与层叠构造体7的层叠方向垂直或平行的剖面，并利用上述测量装置来测量杨氏模量。
图4是对配设有图2所示的实施方式的层叠型压电元件1相关的低刚性金属层13的部分A进行放大后的放大剖视图。如图3、图4所示，低刚性金属层13具有空隙27和隔着空隙27而相互隔离的多个金属部15。由于通过以这样的方式形成低刚性金属层13而低刚性金属层13内的结合力和/或与相邻的压电体层3的结合力下降，故能将低刚性金属层13的刚性降低得更低。
即、在低刚性金属层13中，由于压电体层3只是通过隔着空隙27而互相隔离的(散布的)多个金属部15而部分被结合，故与低刚性金属层13相接的压电体层3能比较自由地变形。
因此，在向层叠型压电元件1施加应力时，通过与低刚性金属层13相接的压电体层3变形来吸收应力。另外，在压电体层3中与金属部15相接的部分中，由于能抑制压电体层3的变形，故虽然在金属部15及与金属部15相接的一部分的压电体层3中产生拉伸或压缩歪曲，但该歪曲是被变换为热能后发散的。由此，通过散布了金属部15的低刚性金属层13施加到层叠型压电元件1上的应力会被缓和。
另外，由于在低刚性金属层13中多个金属部15相互隔离，故例如能抑制裂纹越过低刚性金属层13的扩展、且能抑制裂纹向预想以外的方向扩展。
而且，在从层叠方向观察低刚性金属层13时，为了在压电体层3处产生的歪曲均匀地分散，优选在低刚性金属层13的整个面上均匀地形成金属部15。另外，其原因在于，通过以该方法形成低刚性金属层13从而能够针对来自各种方向的向层叠型压电元件1提供的应力提高应力缓和的效果。由此，能更可靠地抑制发生分别到达在层叠方向上相邻的不同极性的内部电极11的双方的龟裂的可能性。
如图4所示，根据本发明的实施方式的层叠型压电元件，低刚性金属层具有相互隔离的多个金属部，该金属部15的至少一个在层叠方向上相邻的2个压电体层3中只与一个压电体层3接合。换言之，本实施方式的层叠型压电元件1相关的金属部15的至少一个只与上述一个压电体层3接合，而不与另一个压电体层3接合。在层叠型压电元件中，随着通电造成的压电体层的压电位移而会对压电元件施加应力。特别是，在层叠型压电元件中，由于通过各压电体层的压电位移而作为整体会较大地驱动变形，故会对层叠型压电元件的压电体层施加大的应力。此时，在全部的金属部15与一个或另一个压电体层3的双方接合的情况下，对在层叠方向上相邻的压电体层3的束缚力度强。因此，存在金属部15断裂的瞬间应力会集中于与压电体层3的金属部15接合的部分的附近的可能性。
与此相对，在本实施方式相关的层叠型压电元件中，由于如上述金属部15的一部分未与另一个压电体层3接合，故能更有效地缓和应力。其原因在于，在向元件1施加拉伸应力的情况下，在压电体层3和未与该压电体层3接合的金属部15之间出现空隙，能在该空隙部分释放应力。
由此，在优选方式的层叠型压电元件中，由于金属部15在层叠方向上相邻的2个压电体层中只与一个压电体层3接合而不与另一个压电体层3接合，故束缚与低刚性金属层13相邻的2个压电体层3的力度不变。其原因在于，低刚性金属层11未与另一个压电体层3接合。由此，能降低在压电体层3处产生裂纹的可能性，且能更可靠地缓和应力。
另外，在向元件1施加了压缩应力的情况下，由于金属部15未与上述的压电体层3接合，故因为不会被该压电体层3束缚，从而能抑制应力向与压电体层3的金属部15接近的部分集中。由此，能抑制压电体层3的断裂或与压电体层3的金属部15接合的部分的剥离。作为结果，能提供一种稳定驱动的可靠性高的层叠型压电元件1。
金属部15是否与一个或另一个压电体层3接合能通过进行上述的JIS3点弯曲试验或以JIS3点弯曲试验为基准的3点弯曲试验并观察该断裂面来进行评价。由于本实施方式的层叠型压电元件1其低刚性金属层13与压电体层3及内部电极11相比刚性低，故在进行了该3点弯曲试验的情况下，在低刚性金属层13的层内和/或与相邻的层的界面处会发生断裂。
在金属部15与一个或另一个压电体层3的双方接合的情况下，由于金属部15断裂的瞬间应力集中于压电体层3的与该金属部15接合的部分的附近，故有时龟裂会进入到压电体层3或者会产生与压电体层3的金属部15接合的地方剥离的部分。另一方面，由于本实施方式的层叠型压电元件1只与一个压电体层3接合，故能抑制在保持与金属部15接合的状况下压电体层3的一部分剥离。即、能够利用剥离的压电体层3的一部分是否与在断裂面露出的金属部15接合来加以评价。
图5、6分别表示本发明的层叠型压电元件相关的实施方式的其他例子的放大剖视图。另外，所谓一个压电体层3是指在层叠方向上与任意的金属部15相邻的2个压电体层3中的任一个压电体层3。因此，既可以如图5所示在一个低刚性金属层13中，隔着空隙27相互隔离的全部的金属部15只与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个(在图5中，为下方的压电体层)接合，又可以如图6所示在低刚性金属层13中隔着空隙27相互隔离的多个金属部15分别只与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的不同的压电体层3接合。
在本实施方式中，金属部15以金属作为主要成分。因此，金属部15既可以只由金属成分的构成，又可以含有陶瓷或玻璃等的成分等。
另外，如图4～图6所示，金属部15优选在与层叠方向相邻的2个压电体层3中与另一个压电体层3隔离。由此，通过金属部15与另一个压电体层3隔离，从而能提高压电体层3的耐久性。
其理由如下。层叠型压电元件1一般用于通过反复通电来反复伸缩。因此，若金属部15以不与另一个压电体层3隔离的方式而抵接，则在上述层叠型压电元件1的连续驱动下，金属部15和另一个压电体层3反复冲突。但是，在金属部15与另一个压电体层3隔离的情况下，由于能够抑制这种冲突，故能抑制压电体层3损伤且能提高耐久性。
另外，优选压电体层3由多个压电体结晶粒子17构成，且金属部15的一个端部至少与2个以上的压电体结晶粒子17接合。其原因在于，压电体层3通过由多个压电体结晶粒子17构成，从而能提高使应力分散到压电体层3内的效果。另外，同时能够抑制产生应力集中于一个压电体结晶粒子17而导致压电体结晶粒子17自身破坏所造成的新的龟裂的起点。另外，在金属部15的一个端部至少与2个以上的压电体结晶粒子17接合的情况下，能使对金属部15施加的应力随着压电体层3的压电位移分散于比压电体层3更宽的范围内。
另外，优选金属部15的一个端部进入到相邻的压电体结晶粒子17间。通过以该方法形成金属部15能提高金属部15与压电体层3的接合性。特别是，为了提高金属部15与压电体层3的接合性，更优选金属部15的一个端部为楔状。
图7是表示本发明的第一层叠型压电元件相关的实施方式的其他例子的放大剖视图。而且，如图5～7所示，优选压电体层3具有位于多个压电体结晶粒子17间且接合相邻的压电体结晶粒子17的接合材料19，金属部15与接合材料19接合。其原因在于，如此通过金属部15经由接合材料19与压电体结晶粒子17接合，从而能提高金属部15与压电体层3的接合性。另外，通过经由接合材料19而接合了各压电体结晶粒子17，从而能够使对金属部15施加的应力进一步分散到比未与金属部15相接的压电体层3更宽范围的压电体结晶粒子17上。
作为接合材料19而言，只要与金属部15或压电体结晶粒子17的接合性好即可，具体地说，可以采用玻璃或铅的氧化物等。
特别是，作为接合材料19优选以玻璃作为主要成分。其原因在于，由于玻璃成分与金属部15及压电体层13的接合性好，故通过采用以玻璃作为主要成分的材料作为接合材料19，从而接合材料19与金属部15的接合性提高。因此，能使金属部15更可靠地与一个压电体层3接合。而且，在此，所谓主要成分是指在含有的成分中质量％最大的成分。
另外，优选接合材料19含有金属部15的主要成分。其原因在于，通过含有金属部15的主要成分，从而能使金属部15与接合材料19中所含有的金属部15的主要成分接合并得到锚定效应。因此，能进一步提高金属部15与接合材料19的接合性。
而且，优选接合材料19含有金属部15的主要成分的氧化物。其原因在于，在含有金属部15的主要成分的氧化物的情况下，由于通过与金属结合相比结合力强的离子结合来接合金属部15与接合材料19中所含有的金属部15的主要成分的氧化物，故能进一步提高金属部15与接合材料19的接合性。
特别是，优选玻璃的主要成分是硅氧化物。其原因在于，在烧制形成层叠型压电元件时与金属部15的主要成分的氧化物一起形成液相，从而不只使烧结进行还提高了与金属部15的亲和性。因此，如图5～7所示，能使接合材料19选择性地集中于与金属部15相接的压电体层3的表层部分。
接着，利用附图对本发明的第二层叠型压电元件进行详细地说明。图8是表示本发明的第二层叠型压电元件相关的实施方式的一个例子的剖视图且与层叠方向平行的纵向剖视图。
如图8所示，本实施方式的层叠型压电元件1具备：层叠构造体7，其交替层叠有多个陶瓷层21和多个内部电极11；和外部电极9，其形成在层叠构造体7的侧面。另外，多个陶瓷层21具备：压电体层3和低刚性陶瓷层23，其中低刚性陶瓷层23与压电体层3及内部电极11相比刚性低。
在本实施方式中，低刚性陶瓷层23称为与压电体层3或内部电极11相比其层内的结合力和/或与相邻的层的结合力弱、刚性小的层，并且，该低刚性陶瓷层23具有互相隔离的多个陶瓷部25。在这些陶瓷部25间例如存在空隙27。另外，在陶瓷部25间也存在如下的形态，除了空隙27以外还存在陶瓷或树脂等。由此，本发明中的低刚性陶瓷层23是包括这些各种形态的概念。
在使用层叠型压电元件1时等，在从外部向层叠型压电元件1施加强的冲击或应力时能通过低刚性陶瓷层23吸收应力。由此，能抑制在内部电极11或压电体层3处产生的裂纹，能抑制在层叠方向上相邻内部电极1间产生电短路。
即、根据本发明的第二层叠型压电元件，低刚性陶瓷层23具有相互隔离的多个陶瓷部25，并且陶瓷部25的至少一个仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合。因此，束缚与陶瓷部25相邻的2个压电体层3的力度不变。因此，能缓和随着压电位移而产生的应力。
另外，能降低在低刚性陶瓷层23处产生的裂纹扩展到压电体层上的可能性，且能有效缓和随着压电位移产生的应力。
低刚性陶瓷层23、压电体层3及内部电极11的刚性，例如能通过在与层叠方向垂直的方向上向元件施加负荷来容易地进行比较。具体地说，如上述所示，能基于JIS3点弯曲试验(JIS R 1601)等，通过从与层叠方向垂直的方向对元件1施加负荷来判断它们的刚性。
由于本实施方式的层叠型压电元件1具备了低刚性陶瓷层23，故若进行JIS3点弯曲试验等，则在该低刚性陶瓷层23或低刚性陶瓷层23与压电体层3的界面附近处比压电体层3或内部电极11优先发生断裂。由此，能通过断裂的地方是压电体层3或内部电极11，或者是低刚性陶瓷层23或低刚性金属层与压电体层3的界面附近来评价其刚性。
另外，所谓刚性低，换言之即杨氏模量(Young′s modulus)小，如上述，通过采用纳米压痕(Nanoindentation)法来测量杨氏模量加以评价。
图9是对配设有图8所示的实施方式的层叠型压电元件1相关的低刚性陶瓷层23的部分(区域B)进行放大后的放大剖视图。如图9所示，低刚性陶瓷层23具有隔着空隙27而相互隔离的多个陶瓷部25。由于通过以这样的方式形成低刚性陶瓷层23，从而低刚性陶瓷层23内的结合力和/或与相邻的压电体层3的结合力下降，故能将低刚性陶瓷层23的刚性降低得更低。
在全部的陶瓷部25与一个和另一个压电体层3的双方接合的情况下，对在层叠方向上相邻的压电体层3的束缚力度强。因此，构成陶瓷部25的陶瓷粒子单独变形是非常困难的。其结果，在这些粒子间施加有大的应力。在由通电等造成的应力施加到这种状态的层叠型压电元件上的情况下，对陶瓷部25施加的大的应力会传导到压电体层3。
即、在陶瓷部25破裂的瞬间存在应力会集中于与压电体层3的陶瓷部25接合的部分的附近的可能性。并且，若一旦在陶瓷部25中发生了裂纹，则产生裂纹扩展到压电体层3的可能性。该裂纹会到达在层叠方向上相邻的内部电极间。
与此相对，由于本实施方式的层叠型压电元件相关的陶瓷部25的一部分如上述未与另一个压电体层3接合，故能缓和应力。其原因在于，在向元件1施加了拉伸应力的情况下，在压电体层3和未与该压电体层3接合的陶瓷部25间出现空隙，且能在该空隙部分释放应力。
另外，在向元件1施加了压缩应力的情况下，由于陶瓷部25未与上述的压电体层3接合，故由于不会被该压电体层3束缚，从而能够抑制应力集中于与压电体层3的陶瓷部25接近的部分。因此，能够抑制压电体层3的破裂或与压电体层3的陶瓷部25接合的部分的剥离。
即、如本发明，在只与一个压电体层3接合的情况下，由于未与另一个压电体层3接合，故能抑制应力集中于与压电体层3的陶瓷部25接合的部分的附近。因此，即使在陶瓷部25中发生了裂纹，也能切断裂纹向压电体层3传导。因此，能抑制到达在层叠方向上相邻的内部电极11间的在压电体层3的裂纹发生。另外，由于多个陶瓷部25相互隔离，故能够抑制裂纹扩展到预想以外的方向。
即、在低刚性陶瓷层23中，由于压电体层3只是通过隔着空隙27而互相隔离的(散布的)多个陶瓷部25而被部分结合，故与低刚性陶瓷层23相接的压电体层3能比较自由地变形。
因此，在向层叠型压电元件1施加应力时，通过与低刚性陶瓷层23相接的压电体层3根据应力变形来吸收应力。另外，在压电体层3中与陶瓷部25相接的部分，由于能抑制压电体层3的变形，故虽然在陶瓷部25及与陶瓷部25相接的一部分的压电体层3中产生拉伸或压缩歪曲，但是该歪曲是被变换为热能后发散的。由此，由散布了陶瓷部25的低刚性陶瓷层23会缓和施加到层叠型压电元件1上的应力。
另外，由于在低刚性陶瓷层23中多个陶瓷部25相互隔离，故例如能抑制裂纹越过低刚性陶瓷层23的扩展、且能抑制裂纹向预想以外的方向扩展。
在从层叠方向观察低刚性陶瓷层23时，优选在低刚性陶瓷层23的整个面上均匀地形成陶瓷部25。另外，其原因在于，通过以该方法形成低刚性陶瓷层23从而能够提高针对来自各种方向的向层叠型压电元件的应力的应力缓和的效果。由此，能更可靠地抑制发生到达在层叠方向上相邻的不同极性的内部电极11的双方的龟裂的可能性。作为结果，能够提供一种稳定驱动的可靠性高的层叠性压电元件1。
陶瓷部25是否与一个或另一个压电体层3接合是能通过进行上述的JIS3点弯曲试验或以JIS3点弯曲试验为基准的3点弯曲试验并观察该断裂面来进行评价的。由于本实施方式的层叠型压电元件1其低刚性陶瓷层23与压电体层3及内部电极11相比刚性低，故在进行了该3点弯曲试验的情况下，在低刚性陶瓷层23的层内和/或与相邻的压电体层3的界面附近会发生断裂。
在陶瓷部25与一个和另一个压电体层3的双方接合的情况下，若通过上述的试验方法使层叠型压电元件1破裂，则在陶瓷部25或与压电体层3的陶瓷部25接合的地方附近等会产生龟裂或断裂。因此，在层叠型压电元件1的2个断裂面中，在各断裂面中会同样地出现同一形状的压电体层3或陶瓷层25的断裂面。
特别是，在压电体层3或陶瓷部25由多个粒子构成的情况下，这种在陶瓷部25或与压电体层3的陶瓷部25接合的地方附近等产生的龟裂或断裂不只在各粒子间，也会在该结晶粒子的粒子内产生。因此，在陶瓷部25与一个和另一个压电体层3的双方接合的情况下，在各断裂面会出现同一形状且结晶方向一致的压电体层3或陶瓷部25的断裂面。
另一方面，由于本实施方式的层叠型压电元件1只与一个压电体层3接合，故不会产生上述断裂，且在各断裂面也不会出现同一形状的压电体层3或陶瓷部25的断裂面。即、能通过在断裂的面的各表面是否露出同一形状的断裂形状来评价其刚性。
此外，所谓一个压电体层3是指在层叠方向上与任意的陶瓷部25相邻的2个压电体层3中任一个压电体层3。因此，一个低刚性陶瓷层23中的全部的陶瓷部25也可以只与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个接合。
图10是表示本发明的第二层叠型压电元件相关的实施方式的其他例子的放大剖视图。另外，如图10所示，低刚性陶瓷层23中的多个陶瓷部25也可以分别只与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的不同的压电体层3接合。
另外，优选陶瓷部25与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的另一个压电体层3隔离。其原因在于，如此通过陶瓷部25与另一个压电体层3隔离，从而根据与本发明的第一层叠型压电元件1同样的理由能提高压电体层3的耐久性。
另外，优选低刚性陶瓷层23或陶瓷部25是压电体。其原因在于，通过采取压电体，由于在给元件1通电时进行压电位移，故能增加位移量。
而且，优选低刚性陶瓷层23或陶瓷部25是与压电体层3相同的成分。低刚性陶瓷层23或陶瓷部25是与压电体层3相同的成分，从而能提高压电体层3与陶瓷部25的接合性。
接着，对本发明的层叠型压电元件1的制法进行说明。
首先，制作成为压电体层3的陶瓷生片(以下，只称为“薄片”)。具体地说，混合压电陶瓷的煅烧粉末、由丙烯系及丁烯醛系等的有机高分子构成的粘合剂、增塑剂来制作浆料。并且，通过利用刮刀法(doctor blademethod)或砑光辊法(calender roll method)等的带成型法来制作薄片。作为压电陶瓷，只要具有压电特性即可，例如可以采用由Pb ZrO3-Pb TiO3等构成的钙钛矿类(perovskite-like)氧化物等。另外，作为增塑剂，可以采用DBP(邻苯二甲酸二丁酯：dibutyl phthalate)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯：Dioctyl phthalate)等。
虽然通过烧制上述薄片能够形成压电体层3，但是为了形成具有相互隔离的陶瓷部25的低刚性陶瓷层23，也可以作为粘合剂或树脂而将丙烯球或碳等的飞散成分混合在上述的薄片中。由于在烧制或脱脂工序中上述的飞散成分发生飞散，故能形成互相隔离的陶瓷部25。
接着，制作成为内部电极11的导电性膏。具体地说，通过将粘合剂及增塑剂等添加混合到银-钯等的金属粉末中，从而能制作导电性膏。利用丝网印刷法将该导电性膏配设到上述陶瓷生片的整面域，并通过后述的方法进行烧制，从而形成金属层5。
虽然通过烧制上述导电性膏能形成内部电极11，但是为了形成具有相互隔离的金属部15的低刚性金属层13，也可以在上述的导电性膏中将丙酸球或碳等的飞散成分混入到粘合剂或树脂中。由于通过利用丝网印刷法将混入了上述飞散成分的导电性膏配设在薄片上而在烧制或脱脂工序中上述飞散成分发生飞散，故能够形成相互隔离的金属部15。
并且，形成相互隔离的金属部15或陶瓷部25的方法并不局限于上述方法。例如，通过变更丝网的网眼的度数或图案形状也能形成上述的金属部15或陶瓷部25。具体地说，由于通过将丝网的网眼尺寸设为15μm以下，而墨膏量的通过会不充分，即成为所谓的擦痕图案形状的状态，故能形成相互隔离的金属部15或陶瓷部25。另外，由于即使不使墨膏通过丝网而进行掩模(masking)，同样地墨膏的通过也会不充分，故能形成相互隔离的金属部15或陶瓷部25。由于称为椭圆或圆形的大致圆形其缓和应力的效果高，故掩模的形状优选这些形状。
并且，作为本发明的第一层叠型压电元件相关的实施方式，通过针对低刚性金属层13在成为层叠方向上相邻的2个压电体层3的2个陶瓷生片中的一个中混入接合材料19，如图5所示能够形成仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合的金属部15。
另外，仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合的金属部15除了上述方法之外，还能通过以下的方法制作。在将低刚性金属层13的导电性膏和成为在层叠方向上与低刚性金属层13相邻的压电体层3的各陶瓷生片进行层叠时，在一个薄片与导电性膏之间层叠含有接合材料19的膏。由此，一个薄片经由含有结合材料19的膏被层叠到导电性膏上，故能形成仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合的金属部15。
另外，通过在成为在层叠方向上与低刚性金属层13相邻的2个压电体层3的2个陶瓷生片中的另一个中混入会降低与低刚性金属层13的湿润性的成分，从而如图5所示，能够形成仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合的金属部15。作为能降低与低刚性金属层13的湿润性的构件，能举出BN或碳(carbon)。
或者，在将低刚性金属层13的导电性膏和成为在层叠方向上与低刚性金属层13相邻的压电体层3的各薄片进行层叠时，通过在另一个薄片与导电性膏之间层叠含有会降低与低刚性金属层13的湿润性的成分的膏，也能形成仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合的金属部15。
并且，对是否使用了会降低与BN等低刚性金属层13的湿润性的构件能通过下述的测量加以评价。
首先，以分别露出与低刚性金属层13相邻的2个压电体层3的方式切断层叠构造体7等，来分别采取上述2个压电体层3的一部分。并且，通过进行ICP(感应耦合等离子体，inductively coupled plasma)发光分析(emission spectrometry)等的化学分析来测量压电体层3的组成，并测量会降低在各压电体层3中含有的上述湿润性的成分的含有量。如本实施方式，在成为在层叠方向上与低刚性金属层13相邻的2个压电体层3的2个陶瓷生片中的另一个中混入会降低与低刚性金属层13的湿润性的成分的情况下，在2个压电体层3中的会降低该湿润性的成分的含有量中，会出现差别。另外，对于在另一个薄片与导电性膏之间，层叠含有会降低与低刚性金属层13的湿润性的成分的膏的情况也相同。
并且，也可以代替ICP(感应耦合等离子)发光分析等的化学分析法而采用EPMA(电子探针微区分析：Electron Probe Micro Analysis)法等的分析方法来分析并测量层叠型压电元件1的剖面。
另外，通过使接合材料19混入到成为在层叠方向上与低刚性金属层13相邻的2个压电体层3的2个陶瓷生片的每一个中，从而如图6所示，各金属部15形成为仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合。
另外，在内部电极11由银-钯构成时，通过采用与成为内部电极11的导电性膏相比其银-钯的银比率高的导电性膏作为低刚性金属层13，从而能不经由复杂的工序而形成具有相互隔离的多个金属部15的低刚性金属层13。
其原因在于，若在形成低刚性金属层13的位置上配设上述银比率高的导电性膏并通过同时烧制来形成层叠构造体7，则银从银比率高的导电性膏向银比率低的导电性膏扩散。通过银扩散而形成相互隔离的多个金属部15，其结果，上述银比率高的导电性膏成为与压电体层3或内部电极11相比刚性低的低刚性金属层13。
而且，此时通过使接合材料19混入到成为低刚性金属层13的导电性膏中，从而能高效地经由接合材料19来接合金属部15和压电体层3。其原因在于，混入到导电性膏中的接合材料19会与银一同扩散。如上述，在采用了与成为内部电极11的导电性膏相比其银-钯的银比率高的导电性膏作为低刚性金属层13的情况下，银会从银比率高的导电性膏开始扩散。随着该银的扩散，接合材料19与其联动地扩散。
由于接合材料19与银相比接合材料19与压电体结晶粒子17的接合性高，故在扩散过程中接合材料19与压电体结晶粒子17接合。然后，通过上述扩散的银与压电体结晶粒子接合后的接合材料19接合，从而能经由接合材料19接合金属部15和压电体层3。
另外，在由此经由接合材料19接合金属部15和压电体层3的情况下，由于银或接合材料19在压电体结晶粒子17间扩散，故金属部15的端部容易形成为进入到相邻的压电体结晶粒子17间的形状。其结果，由于金属部15的一个端部成为楔状，故能更坚固金属部15的一个端部与压电体层3的接合性。
另外，如图7所示，金属部15的一部分优选经由接合材料19与在层叠方向上相邻的2个压电体层3的双方接合。其原因在于，由于通过如此形成金属部15从而经由该金属部15连接在层叠方向上相邻的2个压电体层3，故既能维持高的应力缓和效果又能稳定地保持层叠型压电元件1的形状。
通过丝网印刷等将成为这种低刚性金属层13的导电性膏印刷到上述陶瓷生片的上表面，以形成1～40μm的厚度。然后，层叠多片印刷了导电性膏后的陶瓷生片，在200～800℃下进行脱粘合剂。此时，为了使金属部15间的空隙27有效地残留，优选以比飞散的成分的玻璃转变温度(Tg温度)高的温度进行脱脂。
而且，脱脂后，通过在900～1200℃下烧制来制作层叠构造体7。通过采取烧制温度为900℃以上，能充分烧结压电体层3，且能抑制对位移特性的影响。另外，通过采取烧制温度为1200℃以下，会抑制低刚性金属层13的熔解或分解，故能保持低刚性金属层13的形状。另外，在进行烧制时为了使金属部15间的空隙27有效地残留，故也优选以比飞散的成分的Tg温度高的温度进行保持。
并且，层叠构造体7并不局限于通过上述制法制作，只要能制作交替地层叠有多个压电体层3和多个金属层5形成的层叠构造体7，就可以通过任意制法形成。
另外，作为本发明的第二层叠型压电元件相关的实施方式，对于低刚性陶瓷层23而言，除了采用比压电体层3的刚性低的材料构成之外，还能够采用在形成了加入有粒径1μm左右的丙烯球和陶瓷粉末后的陶瓷薄片之后层叠并烧制等的制法。
并且，针对低刚性陶瓷层23，通过在成为在层叠方向上相邻的2个压电体层3的2个陶瓷生片中的一个中混入接合材料19，从而如图8～10所示，能够形成仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合的陶瓷部25。
另外，仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合的陶瓷部25，除了上述方法以外，还能通过以下的方法制作。在将低刚性陶瓷层23的薄片和在层叠方向上与低刚性陶瓷层23相邻的压电体层23的各薄片进行层叠时，在一个压电体层3与低刚性陶瓷层23之间层叠含有接合材料19的膏。
这样，一个压电体层3经由含有接合材料19的膏而被层叠到低刚性陶瓷层23上，从而能形成仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合的陶瓷部25。
另外，通过在成为在层叠方向上与低刚性陶瓷层23相邻的2个压电体层3的2个薄片中的另一个中混入会降低与低刚性陶瓷层23的接合性的成分，也能形成仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中一个压电体层3接合的陶瓷部25。作为会降低与低刚性陶瓷层23的接合性的构件，能举出BN或碳。
或者，在将成为低刚性陶瓷层23的薄片和成为在层叠方向上与低刚性陶瓷层23相邻的压电体层3的各薄片进行层叠时，通过在另一个压电体层3与低刚性陶瓷层23之间层叠含有会降低与低刚性陶瓷层23的接合性的成分的膏，也能形成仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合的陶瓷部25。
另外，针对低刚性陶瓷层23通过将接合材料19混入到成为在层叠方向上相邻的2个压电体层3的2个薄片的每一个中，从而如图10所示，各陶瓷部25能够形成为仅与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个压电体层3接合。
另外，如图10所示，陶瓷层25的一部分优选经由接合材料19与在层叠方向上相邻的2个压电体层3的双方接合。其原因在于，由于通过以该方法形成陶瓷部25而经由该陶瓷部25与在层叠方向上相邻的2个压电体层3连接，故能稳定地保持层叠型压电元件1的形状。
层叠多个成为压电体层3的薄片、成为内部电极11的导电性膏及成为低刚性陶瓷层23的薄片，在200～800℃下进行脱结合剂。此时，为了使陶瓷部25间的空隙27有效地残留，故优选利用比飞散的成分的Tg温度高的温度进行脱脂。
而且，在脱脂后，通过在900～1200℃下烧制来制作层叠构造体7。通过采取烧制温度为900℃以上，能充分烧结压电体层3，且能抑制对位移特性的影响。另外，在进行烧制时为了使陶瓷部25间的空隙27有效地残留，故优选利用比飞散的成分的Tg温度高的温度进行保持。
并且，层叠构造体7并不局限于通过上述制法制作，只要能制作交替层叠有多个陶瓷层21和多个内部电极11而形成的层叠构造体7，就也可以通过任意制法形成。
例如，低刚性陶瓷层23除了采用由比上述的压电体层3的刚性低的材料构成、或者在形成了加入有丙烯球的陶瓷薄片之后层叠并烧制的制法以外，如后述还能够采用有网眼的丝网印刷等的一般制法。
然后，形成外部电极9，以便能够与在层叠型压电元件1的侧面露出端部的内部电极11导通。该外部电极9能通过将粘合剂加入到玻璃粉末中来制作银玻璃导电性膏且印刷该银玻璃导电性膏并烧接在一起而得到。
接着，将形成了外部电极9的层叠构造体7浸渍到含有由硅橡胶构成的外装树脂的树脂溶液中。然后，通过对硅树脂溶液进行真空除气，从而能使硅树脂紧贴于层叠构造体7的侧面外周表面的凹凸部，然后从硅树脂溶液中取出层叠构造体7。由此，硅树脂(未图示)被涂敷到层叠构造体7的侧面。并且，利用导电性粘结剂(未图示)等作为通电部29而将引线连接到外部电极9上。
通过经由引线将0.1～3kV/mm的直流电压施加到一对外部电极9并对层叠构造体7进行极化处理，从而完成本实施方式的层叠型压电元件1。通过将引线与外部的电压供给部(未图示)连接并经由作为通电部29的引线及外部电极29将电压施加到内部电极11，从而能根据逆压电效应使各压电体层3位移较大。由此，例如能作为向引擎喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀而起作用。
而且，也可以将由金属网眼或网眼状的金属板构成的导电性辅助构件(未图示)埋设在导电性粘结剂中。即使在通过将上述的导电性辅助构件埋设在导电性粘结剂中而使元件快速驱动的情况下，由于能向导电性辅助构件流动大电流，故也能抑制向外部电极9流动过度的电流。由此，能有效防止外部电极9引起局部发热而断路的问题，且能大幅度地提高耐久性。
另外，在将金属网眼或网眼状的金属板埋设在导电性粘结剂中时，能减小在上述导电性粘结剂中产生龟裂的可能性。而且，作为金属网眼举出了编入金属线的网眼，作为网眼状的金属板举出了在金属板上形成孔并作成网眼状的金属板。
接着，对本发明的一个实施方式相关的喷射装置进行说明。
图11是表示本发明的一个实施方式相关的喷射装置的概略剖视图。如图11所示，本实施方式相关的喷射装置31在一端具有喷射孔33的收纳容器35的内部收纳了代表上述实施方式的层叠型压电元件1。在收纳容器35内配设了能开闭喷射孔33的针状阀37。在喷射孔33中配设有根据针状阀37的移动可连通的燃料通路39。该燃料通路39与外部的燃料供给源连接，在通常一定的高压下燃料被提供给燃料通路39。因此，构成为：若针状阀37打开喷射孔33，则提供给燃料通路39的燃料在一定的高压下被喷出到未图示的内燃机的燃料室内。
另外，在针状阀37的上端部其内径变大，且配置有形成在收纳容器35上的汽缸41和能够滑动的活塞43。并且，在收纳容器35内收纳了上述的层叠型压电元件1。
在这种喷射装置31中，若层叠型压电元件1被施加电压而伸长，则按压活塞43，针状阀37关闭喷射孔33，停止燃料的供给。另外，若停止电压的施加，则层叠型压电元件1收缩，盘状弹簧45将活塞43推回去，喷射孔33与燃烧通路39连通从而进行燃料的喷射。
另外，本实施方式的喷射装置31也可以构成为：包括具有喷射孔33的容器和层叠型压电元件1，通过层叠型压电元件1的驱动而使填充到容器内的液体从喷射孔33喷出。即、也可以构成为：层叠型压电元件1不一定需要处于容器的内部，可以通过层叠型压电元件1的驱动向容器内部施加压力。并且，在本实施方式中，所谓液体除了包括燃料、墨水等，也包括导电性膏等各种液状流体。
接着，对本发明的一个实施方式相关的燃料喷射系统进行说明。
图12是表示本发明的一个实施方式相关的燃料喷射系统的概略图。如图12所示，本实施方式相关的燃料喷射系统47具备：蓄积高压燃料的共用导轨49、喷射蓄积在该共用导轨49上的燃料的多个上述喷射装置31、向共用导轨49供给高压燃料的压力泵51、和向喷射装置31给予驱动信号的喷射控制单元53。
喷射控制装置53一边利用传感器等感测引擎的燃烧室内的状况一边控制燃料喷射的量或时刻。压力泵51发挥从燃料箱55将燃料以1000～2000气压左右、优选1500～1700气压左右的方式送入共用导轨49的作用。在共用导轨49中蓄积从压力泵51送来的燃料并适当地送入喷射装置31中。喷射装置31如上述从喷射孔33向燃烧室内以雾状喷射少量的燃料。
而且，虽然本发明涉及层叠型压电元件1、喷射装置31及燃料喷射系统47，但是并不局限于上述实施方式，例如，即使是搭载于汽车引擎的燃料喷射装置、喷墨等的液体喷射装置、光学装置等的精密定位装置或防振装置等上的驱动元件；或者是搭载于燃烧压力传感器、爆震传感器、加速度传感器、负荷传感器、超声波传感器、压敏传感器、偏航比率传感器等上的传感器元件；以及是压电陀螺仪、压电开关、压电变压器、压电断路器等上的电路元件以外，只要是采用了压电特性的元件都能实施。
另外，本发明并不局限于上述实施方式，只要在不脱离本发明宗旨的范围内都能进行各种变更。
(实施例)
如下制作本发明的层叠型压电元件。
首先，制作了混合了以平均粒径0.4μm的锆钛酸铅(PZT)粉末作为主要成分的原料粉末、粘合剂及增塑剂后的浆料，采用刮墨刀法制作了厚度150μm的陶瓷生片A。另外，对于上述PZT粉末，以作为接合材料19而含有0.01重量％(wt％)的SiO2的方式，将四乙氧基硅烷(TEOS：tetraethoxysilane)混合在浆料中来制作了厚度150μm的陶瓷生片B。
接着，制作了将粘合剂加入到含有Ag 95wt％-Pd 5wt％的金属组成即银合金粉末的原料粉末中的导电性膏A。另外，制作了将粘合剂加入到含有Ag 98wt％-Pd 2wt％的金属组成即银合金粉末的原料粉末中的导电性膏B。而且，制作了在含有Ag 98wt％-Pd2wt％的金属组成即银合金粉末的原料粉末中以针对银合金粉末作为接合材料19而含有0.01wt％的SiO2的方式同时加入了TEOS和粘合剂的导电性膏C。
在试料号码1中，通过丝网印刷法将导电性膏A印刷到上述薄片A的单面上以形成30μm的厚度。然后，层叠了印刷有导电性膏A的各薄片A来制作了层叠构造体7。并且，作为层叠数以金属层5的数目为300的方式进行层叠，并只将未印刷导电性膏的陶瓷生片A各20片层叠到层叠构造体7的层叠方向的两端部。
在试料号码2中，通过丝网印刷法将导电性膏A印刷到上述薄片A的单面上以形成30μm的厚度。另外，通过丝网印刷法将导电性膏B印刷到上述薄片B的单面上以形成30μm的厚度。以印刷到薄片B上的导电性膏B位于金属层5中层叠方向为第50、100、150、200、250个的5个地方的方式，对印刷有导电性膏A的薄片A及印刷有导电性膏B的薄片B进行层叠来制作了层叠构造体7。且有，与试料号码1同样地，作为层叠数以金属层5的数目为300的方式进行层叠，只将未印刷导电性膏的陶瓷生片A各20片层叠到层叠构造体7的层叠方向的两端部。
在试料号码3中，与试料号码2同样地制作了层叠构造体7。其中，试料号码2的导电性膏B仅层叠方向的一方与薄片B相邻，而在试料号码3中，与之不同之处在于，导电性膏B位于被薄片B夹持的地方。
在试料号码4中，通过丝网印刷法将导电性膏A印刷到上述薄片A的单面上，以形成30μm的厚度。另外，通过丝网印刷法将导电性膏C印刷到另一上述薄片A的单面上，以形成30μm的厚度。以使导电性膏C位于金属层5中层叠方向为第50、100、150、200、250个的地方的方式，对印刷有导电性膏A的薄片A和印刷有导电性膏C的薄片A进行层叠来制作了层叠构造体7。并且，与试料号码1同样地，作为层叠数以金属层5的数目为300的方式进行层叠，且只将未印刷导电性膏的陶瓷生片A各20片层叠到层叠构造体7的层叠方向的两端部。
接着，在规定的温度下对各试料号码的层叠构造体7进行了脱粘合剂之后，在800～1200℃下烧制而得到了烧结体。此时，由于在试料号码2、3的层叠构造体7中采用了银浓度不同的导电性膏A和导电性膏B，且在试料号码4的层叠构造体7中采用了银浓度不同的导电性膏A和导电性膏C，故银从银浓度高的导电性膏B或导电性膏C向银浓度低的导电性膏A扩散。由此，如表1所示形成了空隙率为80％的空隙率高的低刚性金属层13。
接着，将各烧结体加工成希望的尺寸后，分别形成了外部电极9。首先，将粘合剂、增塑剂、玻璃粉末等添加混合到主要由银构成的金属粉末中来制作了外部电极9用的导电性膏。若通过丝网印刷法等将该导电性膏印刷到形成上述烧结体侧面的外部电极9的地方并在600～800℃下烧制，则能形成外部电极9。如上所述地制作了层叠型压电元件1。
分别制作各2个上述试料号码的层叠型压电元件1。其原因在于，一个用于SEM观察，剩余一个用于驱动评价。表1示出各试料号码的层叠型压电元件1的制作时所利用的导电性膏的成分、烧制后的金属层5的空隙率及低刚性金属层13的形状。
并且，所谓空隙率是指在与层叠构造体7的层叠方向垂直或平行的剖面中相对于层叠构造体7的剖面面积，空隙17的面积占有的比例(％)。以下对空隙率进行了测量。
首先，为了露出与层叠方向垂直的剖面，采用公知的研磨方法对层叠构造体7进行研磨处理。具体地说，例如作为研磨装置能利用Kemet日本公司制作的桌上研磨机KEMET-V-30以金刚石研膏(diamond paste)进行研磨。例如通过利用扫描型电子显微镜(SEM)、光学显微镜、金属显微镜等来观察由该研磨处理露出的剖面而得到剖面图像并对该剖面图像进行图像处理，从而测量了蒸汽空隙率。
表1
如表1所示，由于试料号码1的层叠型压电元件1利用了同一成分的导电性膏，故未形成低刚性金属层13。另一方面，在试料号码2～4的层叠型压电元件1中，通过银的扩散形成了低刚性金属层13。另外，由此可知，相对于金属层11的空隙率15％，低刚性金属层13的空隙率变为80％，能形成与金属层11及压电体层3相比刚性小的低刚性金属层13。
如表1所示，根据SEM观察结果，在试料号码2中，如图5所示，一个低刚性金属层13中的全部的金属部15只与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的一个(在图5中为下方压电体层)接合。其原因在于，结合材料19只混入到在层叠方向上与低刚性金属层13相邻的压电体层3中的一个中。
另外，在试料号码3中，如图6所示，低刚性金属层13中的多个金属部15分别只与在层叠方向上相邻的2个压电体层3中的不同压电体层3接合。其原因在于，接合材料19混入到在层叠方向上与低刚性金属层13相邻的压电体层3中的双方。
另外，在试料号码4中，如图7所示，低刚性金属层13中的多个金属部15的一部分经由接合材料19与在层叠方向上相邻的2个压电体层3的双方接合。其原因在于，混入到导电性膏中的接合材料19会与银一起扩散。
接着，进行了驱动评价。作为驱动评价进行了快速响应性评价和耐久性评价。
首先，引线与外部电极9连接，经由引线将3kV/mm的直流磁场在正极及负极的外部电极9上施加15分钟，来进行极化处理，制作了利用了层叠型压电元件1的压电驱动器。将170V的直流电压施加到所得到的层叠性压电元件1上来测量了初始状态的位移量时，试料号码1的压电驱动器为45μm，试料号码2～4的压电驱动器为40μm。试料号码1的压电驱动器的位移量比其他试料号码的压电驱动器大是因为在试料号码2～4的层叠型压电元件1中低刚性金属层13未作为内部电极11起作用。
作为快速响应性评价，在室温下将0～+170V的交流电压以使频率从150Hz逐渐增加的方式施加到各压电驱动器上。作为耐久性评价，进行了如下的试验，即在室温下将0～+170V的交流电压以150Hz的频率施加到各压电驱动器上连续驱动到1×109次为止。结果表示在图2。
表2
试料 号码 初始状态的位 移量(μm) 高频成分 的噪声发 生 在1kHz以上 发出响声 1×109循环后的 位移量(μm) 连续驱动后(1×109 次)在层叠部分剥离 1 45 有 有 5 有 2 40 无 无 35 无 3 40 无 无 38 无 4 40 无 无 40 无
如表2所示，作为快速响应性评价的结果，在试料号码1的压电驱动器中，在频率超过了1kHz的时候发出响声。其原因在于，由于试料号码1的层叠型压电元件1不具备低刚性金属层13，故由内部电极给压电体层3的束缚力大。认为其原因在于，由压电体层3的束缚力大而阻碍了快速响应性，结果，无法跟踪于所施加的交流电压的频率。
而且，为了确认驱动频率，利用横河公司制作的示波器(oscilloscope)DL1640L来确认了试料号码1的压电传感器的脉冲波形，在相当于驱动频率的整数倍频率的地方确认出高次谐波噪声。
另外，如表2所示，作为耐久性评价的结果，在试料号码1的压电驱动器中，评价试验后的位移量为5μm，与评价试验前相比降低近90％。另外，在层叠压电元件的一部分中出现了剥离。
另一方面，在试料号码2～4的压电驱动器中未发现剥离，评价试验后的位移量也为35～40μm，与评价试验前相比，位移量的降低被抑制在10％以下。特别是可知，在试料号码4的压电驱动器中几乎未观察到位移量的降低，且具有非常高的耐久性。