专利名称：积层型压电元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及积层型压电元件，例如涉及使用于搭载在机动车发动机的燃料喷射装置、喷墨等的液体喷射装置、光学装置等的精密定位装置或者振动防止装置等中的驱动元件、以及搭载在燃烧压力传感器、敲触传感器、加速度传感器、载荷传感器、超声波传感器、压敏传感器、偏航速率传感器等中的传感器元件、以及搭载在压电陀螺仪、压电开关、压电变压器、压电遮断器等中的电路元件中的积层型压电元件。
背景技术：
一直以来，作为积层型压电元件，公知的有交替地积层压电体与电极而成的积层型压电致动器。在积层型压电致动器中，分类为同时烧结型、与交替地积层压电瓷器与内部电极板的堆积型这2种类型，若从低电压化、制造成本降低的方面考虑，则同时烧结型的积层型压电致动器相对于薄层化是有利的，且相对于耐久性也是有利的，所以显示了其优越性。
图9是表示作为现有的积层型电子部件而具有代表性的积层电容器的图，电介质21与内部电极22交替地积层。内部电极22并不形成在电介质21的主面整体上，而是成为所谓的部分电极构造。通过左右相互不同地积层该部分电极构造的内部电极22，就可以将内部电极22每隔一层交替地连接于形成在积层型电子部件的侧面上的外部电极23上(例如，参照专利文献1)。
图8A是表示现有的积层型压电元件的图，压电体1与内部电极2交替地积层，但如图8B所示，内部电极12并不形成在压电体11的主面整体上，而是成为所谓的部分电极构造。通过左右相互不同地积层该部分电极构造的内部电极12，就可以将内部电极2每隔一层交替地连接于形成在积层型电子部件的侧面上的外部电极4上。积层型压电元件的基本构造与图9的积层电容器相同，以成为规定的电极构造的图形将内部电极糊剂印刷到陶瓷生片上，积层多片带有该内部电极糊剂的生片，并对其进行烧结，从而制作积层体(例如，参照专利文献2)。
这样的积层型电压元件中，压电体11与内部电极12交替地积层而形成柱状积层体13，在该积层方向上的两端面积层有惰性层14。内部电极12以其一方的端部左右交替地与外部电极14左右每隔一层地导通的方式形成。在作为积层型压电致动器而使用的情况下，进而导线利用焊锡来固定于外部电极14上。
又，作为内部电极，使用银与钯的合金，特别是，为了同时烧结压电体与内部电极，内部电极的金属组成使用银70％重量、钯30％重量(例如，参照专利文献3)。
这是因为，在银70％重量、钯30％重量的组成中，固相线是1150℃、液相线是1220℃，以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分的压电体的最优烧结温度是1200℃附近。
这样，并不使用由银100％的金属组成构成的内部电极，而是使用由包含有钯的银·钯合金的金属组成构成的内部电极是因为，在未包含有钯的银100％组成中，在对一对对置的电极间赋予电位差的情况下，会产生电极中的银以经由元件表面的方式从该一对电极中的正极移动到负极这一所谓的银迁移现象。该现象在高温、高湿的氛围中越发显著地产生。
而且，近年来，在小型的压电致动器中为了在较大的压力下确保较大的变位量，进行了施加更高的电场、长时间连续驱动的操作。
专利文献1实开昭60-99522号公报专利文献2特开昭61-133715号公报专利文献3实开平1-130568号公报发明内容但是，压电体具有变位量因使用的环境温度不同而变化这一温度依存性，所以有如下问题压电致动器变位量因元件温度上升而变化。又，产生如下问题相对于电压控制的电源的负荷波动因变位量在驱动中变化而产生，从而对电源施加了负担。进而，若变位量的变化率大，则有如下问题不仅变位量自身急剧地退化，也产生元件温度上升导致散热量加大这一热失控现象，从而使元件破坏。
因此，为了使内部电极为比电阻低的组成，也进行了增加银的组成比这一尝试，不过这样就产生如下问题不能够作成为致密的电极构造，电极电阻值反而变为高电阻。
即，一直以来，在使用于积层型压电元件中的银70％重量、钯30％重量的组成中，具有钯的1.5倍的高电阻特性。而且，若内部电极的烧结密度变低，则进一步变为高电阻的电极。
又，在这样的积层型压电元件中，若作为压电致动器而驱动，则希望的变位量逐渐变化，从而产生装置误动作这一问题，所以不得不抑制长时间连续运转中的元件变化量与提高耐久性。
因此，本发明的目的在于，提供一种即使在高电压、高压力下长时间连续驱动压电致动器的情况下，变位量也并不变化、耐久性好的积层型压电元件。
本发明提供积层型压电元件，包括压电体层与内部电极交替地积层而成的积层体、与分别形成于该积层体的第一侧面与第二侧面上的外部电极，邻接的内部电极的一方的内部电极在所述第一侧面连接于所述外部电极，另一方的内部电极在所述第二侧面连接于所述外部电极；其特征在于，所述内部电极中的金属组成物以元素周期表VIII族金属以及Ib族金属为主成分，该VIII族金属以及Ib族金属的含量，以在使所述VIII族金属的含量为M1(％重量)、Ib族金属的含量为M2(％重量)时，满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的方式设定。
在以上那样构成的本发明的积层型压电元件中，由于可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动，也可以抑制内部电极部的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。又同时，即使连续驱动，也并不产生银迁移现象，从而即使在高温、高湿的氛围气下，也可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，通过抑制元件温度的上升，希望的变位量就实质上不变化，所以可以提供装置并不误动作、进而不热失控的耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，本发明的积层型压电元件优选VIII族金属是Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中至少一种以上，Ib族金属是Cu、Ag、Au中至少一种以上。
由此，可以将内部电极的原料作成为合金原料、混合粉原料的任意一种来使用，并且可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动，也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，从而可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，在本发明的积层型压电元件中，优选所述VIII族金属是Pt、Pd中至少一种以上，Ib族金属是Ag、Au中至少一种以上。若这样的话，则可以形成耐热性好的电极，并且可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
同时，在这样的积层型压电元件中，可以缓和因驱动时的变位而产生的应力，并且可以形成耐热性及耐氧化性以及热传导性好的电极，并且可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，在本发明的积层型压电元件中，更优选所述Ib族金属是Cu。这样，可以形成热传导特性好的电极，并且可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，在本发明的积层型压电致动器中，优选所述内部电极的电阻，比所述内部电极中的金属组成物成分全部由银构成时的元件电阻ρAg大，比金属组成物成分全部由钯构成时的元件电阻ρPd小。
在这样构成的积层型压电元件中，可以形成耐热性好的电极，并且可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，本发明提供积层型压电致动器，包括压电体层与内部电极交替地积层而成的积层体、与分别形成于该积层体的第一侧面与第二侧面上的外部电极，邻接的内部电极的一方的内部电极在所述第一侧面连接于所述外部电极，另一方的内部电极在所述第二侧面连接于所述外部电极；其特征在于，所述内部电极的电阻，比所述内部电极中的金属组成物成分全部由银构成时的元件电阻ρAg大，比金属组成物成分全部由钯构成时的元件电阻ρPd小。
在这样构成的积层型压电元件中，可以形成耐热性好的电极，并且可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，在本发明的积层型压电元件中，优选由构成所述内部电极的金属组成物成分构成的结晶粒子的最大直径为1μm以上的结晶粒子存在于金属组成物的80％体积以上。由此，在这样的积层型压电元件中，可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，在本发明的积层型压电元件中，在所述内部电极中添加金属组成物以及无机组成物亦可。这样，在内部电极中添加有无机组成物的积层型压电元件中，可以牢固地结合内部电极与压电体，并且即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，优选所述无机组成物以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。若这样的话，就可以更牢固地结合内部电极与压电体，并且即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，在本发明的积层型压电元件中，所述压电体优选以钙钛矿型氧化物为主成分。若这样的话，就可以同时烧结压电体与内部电极，并且可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，优选所述压电体以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。在这样的积层型压电元件中，可以增大变位量，并且可以减小内部电极的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，所述积层体的烧结温度优选在900℃以上1000℃以下。由此，就可以牢固地结合压电体与内部电极，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，其特征在于，所述内部电极中的组成的偏差在烧结前后为5％以下。由此，就可以抑制电极变硬，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
在本发明的积层型压电元件中，优选所述外部电极由以银为主成分的导电材料与玻璃构成，在使所述内部电极中的、相对于导电材料整体的银重量比率为X(％)，使所述外部电极中的、相对于导电材料与玻璃的总重量的银的重量比率为Y(％)时，以满足X≥85且0.9≤X/Y≤1.1的方式，设定所述内部电极与所述外部电极的银比率。若设定为这样的银比率，则可以抑制高价的钯的使用量，所以可以以低成本来制造积层型压电元件。
又，因为构成所述内部电极的导电材料中的银的重量比率、与所述外部电极中的银的重量比率大致相等，所以在将所述外部电极烧结到所述积层体上之际，促进了所述外部电极中的银与所述内部电极中的银的相互扩散，所述内部电极与所述外部电极的牢固接合成为可能，即使在高电场、高压力下长时间连续驱动的情况下，所述外部电极与所述内部电极也并不断线，从而能够得到好的耐久性。
又，在本发明的积层型压电元件中，优选所述内部电极包含有压电材料，在使所述内部电极中的相对于包含有所述压电材料的总重量的银重量比率为Z(％)时，满足0.7≤Z/Y≤1.0。
这样，若所述内部电极包含有压电材料，则所述内部电极中的导电材料烧结时与压电体烧结，从而所述内部电极与所述压电体的接合强度提高，所以所述积层体的耐久性提高。又，因为银重量比率Z(％)满足0.7≤Z/Y≤1.0，所以所述内部电极中的银重量比率与所述外部电极中的银重量比率大致相等，在烧结所述外部电极之际，促进了所述外部电极中的银与所述内部电极中的银的相互扩散，从而所述内部电极与所述外部电极的牢固接合成为可能。由此，，即使在以高速来驱动的情况下，也可以防止所述外部电极与所述内部电极的接点部的断线。
又，在本发明的积层型压电元件中，优选所述外部电极由构成为3维网络构造的多孔质导电体构成。由构成为该3维网络构造的多孔质导电体构成的所述外部电极具有柔软性，所以即使在驱动时向积层方向伸缩的情况下，所述外部电极也可以对应于所述积层体的伸缩而追随，从而可以防止所述外部电极的断线或者所述外部电极与所述内部电极的接点不良等。
又，在本发明的积层型压电元件中，优选所述外部电极的空隙率是30～70％体积。若这样所述外部电极的空隙率是30～70％体积，则可以吸收因驱动时的伸缩而产生的应力，所以可以防止所述外部电极的破损。
又，本发明提供积层型压电元件，其特征在于，使用于所述外部电极中的玻璃的软化点(℃)是构成所述内部电极的导电材料的熔点(℃)的4/5以下。若玻璃的软化点(℃)是构成内部电极的导电材料的熔点(℃)的4/5以下，则可以在比构成所述内部电极的导电材料的熔点充分低的温度、且比所述玻璃的软化点高的温度下进行所述外部电极的烧结。由此，就可以防止所述内部电极以及所述外部电极的导电材料的凝集，并且使所述内部电极中的导电材料与所述外部电极的导电材料的充分的扩散接合成为可能，从而具有因软化的玻璃而产生的强接合强度。
又，本发明的积层型压电元件优选构成所述外部电极的玻璃为非晶质。若构成所述外部电极的玻璃为非晶质，则可以使杨氏模量比结晶质低，所以可以抑制在所述外部电极上产生的裂纹等。
又，本发明的积层型压电元件优选所述外部电极的厚度比构成所述积层体的所述压电体的厚度薄。若这样使所述外部电极较薄，则硬度变小，从而在所述积层体驱动时伸缩之际，可以减小所述外部电极与所述内部电极的接合部上的负荷，所以可以抑制所述接合部的接点不良。
在本发明的积层型压电元件中，优选所述内部电极由以银为主成分且包含有钯或者铂的至少一种的导电材料构成，又所述外部电极由以银为主成分的导电材料与玻璃构成，与上述外部电极的连接部附近的内部电极导电材料的银比率比积层体内部的内部电极导电材料的银比率大。
若这样构成，则内部电极的导电材料与外部电极的导电材料的连接变得更加可靠地牢固，从而即使在高电场连续驱动的情况下也可以防止产生外部电极与内部电极的连接部剥离这一问题。
即，为了使与以银为主成分的外部电极导电材料的接合牢固，通过在与外部电极的连接部附近，使内部电极导电材料的银比率比积层体内部的银比率大，就可以使外部电极导电材料的主成分即银与内部电极导电材料中的银的浓度接近，所以外部电极与内部电极的接合通过银的相互扩散而变得可靠。
即，因为构成与外部电极的连接部附近的内部电极的导电材料中的银的浓度与外部电极中的银的浓度大致相等，所以在将所述外部电极烧结到所述积层体上之际，促进了所述外部电极中的银与所述内部电极中的银的相互扩散，所述内部电极与所述外部电极的牢固接合成为可能，即使在高电场、高压力下长时间连续驱动的情况下，所述外部电极与所述内部电极也并不断线，从而可以得到好的耐久性。
又，在本发明的积层型压电元件中，优选内部电极导电材料中的银的比率随着接近外部电极而逐渐变大。若这样的话，则随着接近外部电极而连续地形成银的浓度梯度，所以可以实现稳定的内部以及内部电极与外部电极的接合。
又，在本发明的积层型压电元件中，优选内部电极导电材料中的银比率是85％重量以上。若使内部电极导电材料中的银比率为85％重量以上，则可以提高内部电极中的银的浓度，从而可使因银的扩散接合而产生的与外部电极的连接可靠。另外，内部电极导电材料中的银比率是指在内部电极的银比率不变化的积层体内部中的银比率。
又，在本发明的积层型压电元件中，优选外部电极中的玻璃成分实质地存在于外部电极的厚度的积层体表层侧的80％以下。若这样的话，则在外部电极的与大气接触的表层部只实质地存在以银为主成分的导电材料，从而即使在利用焊锡将导线连接固定到所述外部电极上之际，也可以提供焊锡濡湿性良好的外部电极表面。
又，在本发明的积层型压电元件中，优选在外部电极中的玻璃成分中包含有氧化铅或者氧化铋。由于在外部电极中的玻璃成分中包含有氧化铅或者氧化铋，从而可以使外部电极与压电体的接合牢固。
在本发明的积层型压电元件中，优选在所述外部电极与所述内部电极的接合部上，所述内部电极的导电材料成分扩散到所述外部电极中，从而形成颈部。若这样形成颈部，则即使在流动大电流来高速地驱动的情况下，也可以防止所述内部电极与所述外部电极的接点部的火花或者断线。
又，本发明提供积层型压电元件，其特征在于，在所述外部电极的压电体侧表层部形成有玻璃富集层。若形成这样的玻璃富集层，则使所述外部电极中的玻璃成分较多地存在于与所述压电体的接合界面上成为可能，所以可以提高所述外部电极与所述积层体的接合强度。
进而，在本发明的积层型压电元件中，优选所述内部电极包含有空隙，所述内部电极的截面的相对于整个截面积的空隙所占有的面积比是5～70％。若这样的话，就可以减弱压电体因电场而变形之际的因内部电极而导致的约束力，可以增大压电体的变位量。又，有如下优点施加于内部电极中的应力因空隙而缓和，从而元件的耐久性提高。进而，在元件内的热传导中，内部电极起到支配作用，不过若在内部电极中有空隙，则能够缓和因元件外部的急剧的温度变化而导致的元件内部的温度变化，所以能够得到热冲击强的元件。
又，在本发明的积层型压电元件中，在所述第一侧面上，在所述另一方的内部电极的端部与所述外部电极之间形成有槽，在该槽内设置有绝缘体，从而使另一方的内部电极与所述外部电极绝缘，在所述第二侧面上，在所述一方的内部电极的端部与所述外部电极之间形成有槽，在该槽内设置有绝缘体，从而也可以使一方的内部电极与所述外部电极绝缘。由此，可以使所述内部电极与所述外部电极每隔一层地绝缘。该情况下，所述绝缘体优选杨氏模量比所述压电体低。在这样构成的积层型压电元件中，可以缓和因驱动中的变位而产生的应力，所以即使在驱动中也可以抑制内部电极的发热。进而，通过抑制元件温度的上升，就可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。又进而，因为凹槽内的所述绝缘体可以追随着所述积层体的驱动时的伸缩而变形，所以可以防止槽附近的裂纹等的产生。
又，本发明的积层型压电元件在所述外部电极的外表面备有由埋设有金属的网状物或者网眼状的金属板的导电性粘接剂构成的导电性辅助部件亦可。
通过这样在所述外部电极的外表面设置由埋设有金属的网状物或者网眼状的金属板的导电性粘接剂构成的导电性辅助部件，即使在以大电流高速驱动所述积层体的情况下，也可以使所述大电流流动到导电性辅助部件中，所以可以防止因所述外部电极的局部发热而导致的断线，从而可以大幅地提高耐久性。
进而，通过在所述导电性粘接剂中埋设金属的网状物或者网眼状的金属板，就可以防止因所述积层体的驱动时的伸缩而产生的导电性粘接剂的裂纹等。
又，本发明的积层型压电元件优选所述导电性粘接剂由使导电性粒子分散的聚酰亚胺树脂构成。若所述导电性粘接剂由使导电性粒子分散的聚酰亚胺树脂构成，则即使在高温下驱动所述积层体之际，所述导电性粘接剂也可以维持高的粘接强度。
又，本发明的积层型压电元件优选所述导电性粘接剂中的所述导电性粒子是银粉末。若所述导电性粘接剂中的所述导电性粒子是银粉末，则可以降低所述导电性粘接剂的电阻值，所以即使在以大电流来驱动所述积层体的情况下，也可以防止局部发热。
根据以上那样的本发明，就可以提供即使在高电压、高压力下长时间连续驱动压电致动器的情况下，变位量也并不变化、耐久性好的积层型压电元件，例如可以提供耐久性好的喷射装置。
图1A是本发明的实施方式一至三的积层型压电元件的立体图；图1B是图1A的A-A’线的纵剖面图；图2A是放大地表示图1B的一部分的剖面图；
图2B是放大地表示图2A的一部分的剖面图；图2C是与图2B相同的部分的剖面照片；图3A是在本发明的积层型压电元件的制造方法中，在侧面形成槽之后的剖面图；图3B是在本发明的积层型压电元件的制造方法中，在侧面形成导电性糊剂21之后的剖面图；图3C是在本发明的积层型压电元件的制造方法中，在侧面形成外部电极4之后的剖面图；图4A是表示在外部电极的外表面形成有导电性辅助部件的本发明的积层型压电元件的立体图；图4B是图4A的剖面图；图4C是放大地表示图4B的一部分的剖面图；图5是表示本发明的实施方式四的喷射装置的结构的剖面图；图6是现有的积层型压电致动器的剖面图；图7是表示本发明的实施例四中的内部电极导电材料中的银比率的图表；图8A是表示现有的积层型压电元件的结构的立体图；图8B是分解地表示图8A的积层型压电元件的一部分的分解立体图；图9是表示作为现有的积层型电子部件而具有代表性的积层电容器的结构的立体图。
符号说明1压电体2内部电极3绝缘体4外部电极4b颈部6导线10积层体31收纳容器
33喷射孔35阀43压电致动器具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式的积层型压电元件。
实施方式一图1A是本发明的实施方式一的积层型压电元件(积层型压电致动器)的立体图，图1B是沿着图1A的A-A’线的纵剖面图。
本实施方式一的积层型压电元件，如图1A、图1B所示，通过交替地积层多个压电体1与多个内部电极2而成的四方柱状的积层体10、与以每隔一层地与内部电极2连接的方式形成在其侧面上的外部电极4来构成。具体地说，以如下的方式构成在形成有外部电极4的侧面上每隔一层地由绝缘体3来包覆内部电极2的端部，未由绝缘体3来包覆的内部电极2的端部与外部电极4导通。又，外部电极4优选作成为由以银为主成分的导电材料与玻璃构成的、具有3维网络构造的多孔质导电体。另外，在积层体10中，标注了符号9来表示的部分是未形成有内部电极的惰性层。
在压电体1之间配置有内部电极2，该内部电极2以银-钯等金属材料形成，是用于对各压电体1施加规定的电压的电极，在压电体1中引起对应于施加了的电压的、因反向压电效应而产生的变位。
又，在积层体10的侧面每隔一层地形成有深度30～500μm、积层方向的宽度30～200μm的槽，在该槽内填充比压电体1杨氏模量低的玻璃、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅橡胶等，来形成绝缘体3。为了使与积层体10的接合牢固，该绝缘体3优选由相对于积层体10的变位而追随的弹性率低的材料、特别是硅橡胶等构成。
在积层体10的对置的2个侧面分别接合有外部电极4，在该外部电极4上每隔一层电气地连接有积层的内部电极2。该外部电极4起到如下作用将对利用反向压电效应来使压电体1变位而言必要的电压共用地供给到所连接的各内部电极2上。
进而，在外部电极4上利用焊锡来连接固定有导线6。该导线6起到如下作用将外部电极4连接到外部的电压供给部上。
一直以来，在积层型压电致动器中，为了使连续驱动中的元件变位量不受温度变化的影响，采用将连续驱动中的元件温度保持为一定的方法或者对应于元件温度而细致地控制驱动电压的方法。具体地说，为了一边监测元件温度一边控制驱动电压，或者抑制元件周边温度的变化，而使用安装有积极地进行散热的散热器的构造等。与此相对，在本实施方式一中，以抑制因驱动而产生的元件自身的发热为目的，以元件电阻变小的方式构成。
在此，元件电阻是在外部电极间测定的积层型压电元件的电阻，主要通过压电体、内部电极、外部电极以及它们的边界的界面电阻中的电阻最高的部分来支配。另外，界面电阻是通过因在压电体的晶粒边界部分产生的电子能级与内部电极的功函数之间的差而产生的能量垒来形成的电阻成分(与半导体的肖特基势垒同样)，且成为比压电体的电阻成分高的电阻值。
又，元件电阻可以利用LCR计或者阻抗测定器等来测定。
在本实施方式一中，为了减小元件电阻，而减小内部电极的比电阻值，进而作为电极材料而使用热传导特性好的材料，由此，抑制元件温度的上升。
即，减小内部电极的比电阻值来抑制因内部电极的电阻而导致的发热，且为了将在元件内部产生的热量快速(有效)地传递到元件的外侧，而使内部电极为热传导特性好的材料。
又，优选内部电极自身尽可能位于元件的外表面附近。又，进而优选压电体材料自身所带有的变位量的温度特性与使用温度无关即是一定，所以，优选变位量相对于连续驱动中的元件温度变化小的压电体材料。
又，为了减小元件电阻，减小界面电阻是有效的，作为该方法，有为了抑制能量垒的形成而将内部电极的材料扩散到压电体中的方法。从这点来说，与Pd比较，Ag更容易扩散，所以能量垒变低，可以减小界面电阻。
又，为了减小内部电极的电阻值，且使其热传导性好，作为电极材料使用比电阻小的材料、并且作成为致密的电极构造是有效的。
考虑到这点，在本实施方式一的积层型压电元件中，使内部电极2中的金属组成物以VIII族金属与Ib族金属为主成分。又，以VIII族金属与Ib族金属为主成分的金属组成物耐热性好，所以可以同时烧结压电体1与内部电极2。
而且，在本实施方式一中进而以在使所述VIII族金属的含量为M1(％重量)、Ib族金属的含量为M2(％重量)时，满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的方式设定组成比。
在本实施方式一中，将内部电极金属成分的主成分的组成比限定为上述范围是因为如下的理由。即，若VIII族金属超过15％重量，则内部电极2的比电阻变大，从而在连续驱动积层型压电元件的情况下，有内部电极2发热的情况。又，为了抑制内部电极2中的Ib族金属向压电体1上的迁移，优选VIII族金属在0.001％重量以上15％重量以下。又，在提高积层型压电元件的耐久性这点上，优选为0.1％重量以上10％重量以下。又，在热传导好、更高的耐久性成为必要的情况下，更优选为0.5％重量以上9.5％重量以下。又，在追求更高的耐久性的情况下，进一步优选为2％重量以上8％重量以下。
在此，若Ib族金属不足85％重量，则内部电极2的比电阻变大，从而在连续驱动积层型压电元件的情况下，有内部电极2发热的情况。又，为了抑制内部电极2中的Ib族金属向压电体1上的迁移，优选使Ib族金属的比率在85％重量以上99.999％重量以下。又，在提高积层型压电元件的耐久性这点上，优选为90％重量以上99.9％重量以下。又，在更高的耐久性成为必要的情况下，更优选为90.5％重量以上99.5％重量以下。又，在追求更高的耐久性的情况下，进一步优选为92％重量以上98％重量以下。
表示这些内部电极2中的金属成分的％重量的M1、M2可以用EMPA(电子探针微分析)法等的分析方法来特定。
又，本发明的内部电极2中的金属成分优选VIII族金属是Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中至少一种以上，Ib族金属是Cu、Ag、Au中至少一种以上。这是因为，它们是在近年的合金粉末合成技术中批量生产性好的金属组成。
又，本实施方式一的内部电极2中的金属成分优选VIII族金属是Pt、Pd中至少一种以上，Ib族金属是Ag、Au中至少一种以上。由此，可以形成耐热性好的电极，并且可以减小内部电极2的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极2的发热。
又，作为本实施方式一的内部电极2中的金属成分，优选Ib族金属是Cu。
在以这样的材料构成内部电极的实施方式一的积层型压电元件中，可以形成热传导特性好的电极，并且可以减小内部电极2的比电阻，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极2的发热。进而，可以抑制元件温度的上升，从而可以使压电致动器的变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，在本实施方式一的积层型压电元件中，元件电阻ρ优选满足ρAg＜ρ＜ρPd。在此，ρAg是假定内部电极2由银100％构成时的元件电阻的值，ρPd是假定内部电极2由钯100％构成时的元件电阻的值。
具体地，一直以来，在使用于积层型压电元件的内部电极2中的银70％重量、钯30％重量的组成中，成为钯的1.5倍的高电阻特性，不过为了作成为上述范围内的元件电阻ρ，只要作成银80％重量以上钯20％重量以下即可。不过，若内部电极2的烧结密度变低，则伴随于此而变为高电阻，所以优选为进一步提高银的组成比或者使用电阻进一步低的电极材料。进而，通过作成为电极自身烧结而使较大的粒子结合这一构造，电极电阻就能够降低，从而可以作成为充分确保电气传导的路径的致密的内部电极2。
又，在本实施方式一的积层型压电元件中，内部电极2的导电率σ优选满足σPd＜σ＜σAg。在此，σAg是假定内部电极2由银100％构成时的电阻值，σPd是假定内部电极2由钯100％构成时的电阻值。
进而，本发明的积层型压电元件，优选为在构成内部电极2的金属组成物中，最大直径为1μm以上的结晶粒子所占有的比率，相对于金属组成物整体而存在于80％体积以上。
这是因为，通过作成为电极自身烧结而使较大的粒子结合这一构造，电极电阻就能够降低，从而可以作成为充分确保电气传导的路径的致密的内部电极2。优选在构成内部电极2的金属组成物成分中，最大直径为1μm以上的结晶粒子所占有的比率存在90％体积以上，以此就可以进一步降低电阻。进一步优选在构成内部电极2的金属组成物成分中，最大直径为1μm以上的结晶粒子所占有的比率存在95％体积以上，以此就可以进一步降低电阻。
另外，上述最大直径为1μm以上晶粒的比率通过由SEM等特定内部电极2中的金属组成物的、最大值径为1μm以上的晶粒，将其换算为％体积而可算出。
又，在本发明的内部电极2中，优选添加金属组成物与无机组成物。由此，就可以牢固地结合内部电极2与压电体1。
又，若添加到内部电极2中的无机组成物以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分，则可以牢固地结合内部电极2与压电体1，除此之外，即使在连续驱动的情况下，也可以得到稳定的压电致动器的变位量。
又，本实施方式一的压电体1优选以钙钛矿型氧化物为主成分。这是因为，例如，若用以钛酸钡(BaTiO3)为代表的钙钛矿型压电陶瓷材料等形成压电体1，则表示其压电特性的压电畸变常数d33高，从而可以使变位量大。进而，可以作为好的压电元件而发挥其功能，并且可以同时地烧结压电体1与内部电极2。
又，本发明的压电体1优选以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。由此，压电畸变常数d33更高，所以可以增大变位量。
又，本发明的积层型压电元件优选其烧结温度在900℃以上1000℃以下。由此，就可以牢固地结合压电体1与电极。限定于900℃以上1000℃以下是因为如下理由若是比900℃低的温度，则不能够制作致密的压电体1，若超过1000℃，则因烧结时的电极的收缩与压电体1的收缩的偏离而导致的应力变大，从而在连续驱动时产生裂纹。
又，优选内部电极2中的组成的偏差在烧结前后是5％以下。这是因为，若内部电极2中的组成的偏差在烧结前后超过5％，则内部电极2中的金属材料向压电体1上的迁移增多，从而有内部电极2不能够追随于因积层型压电元件的驱动而产生的伸缩的可能性。
在此，内部电极2中的组成的偏差表示构成内部电极2的元素通过烧结而蒸发、或者内部电极2的组成通过向压电体1上扩散而变化的变化率。
又，在本实施方式一的积层型压电元件中，在积层体的侧面上，端部露出的内部电极2与端部未露出的内部电极2交替地构成，在所述端部未露出的内部电极2与外部电极4间的压电体部分形成有槽。优选在该槽内形成有杨氏模量比压电体1低的绝缘体。这样，在槽内形成有杨氏模量低的绝缘体的积层型压电元件中，可以缓和因驱动中的变位而产生的应力，所以即使连续驱动也可以抑制内部电极2的发热。
又，本发明的积层型压电元件优选单片板或者由积层数为1或者1以上构成。由此，就可以将施加于元件上的压力转换为电压，也可以通过对元件施加电压而使元件变位，所以即使在元件驱动中施加了未预期的应力，也可以通过分散应力转换为电压来缓和应力。因而，可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
本发明的积层型压电元件如下制造。为了制作柱状积层体10，首先，混合由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷的焙烧粉末、与由丙烯系、丁缩醛系等的有机高分子构成的粘合剂、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)、与DBP(邻苯二甲酸二丁酯)等的增塑剂，来制作浆料，利用众所周知的刮刀法或者压延辊法等的带成型法将该浆料制作为成为压电体1的陶瓷生片。
接着，例如，在银-钯等的构成内部电极的金属粉末中添加混合粘合剂、增塑剂等，来制作导电性糊剂，通过丝网印刷等将其在所述各生片的上表面上印刷1～40μm的厚度。
而且，在多片积层在上表面上印刷有导电性糊剂的生片，并在规定的温度下对该积层体进行脱粘合剂之后，在900～1200℃下烧结。这样，来制作柱状积层体10。烧结优选在900～1000℃下进行。
另外，柱状作积层体10并不限定于通过上述方法制造，若可以制作交替地积层多片压电体与多片内部电极而成的柱状作积层体10，则通过任意的方法形成均可。
在此，积层体以如下的方式制作(1)邻接的2个内部电极中的一方的内部电极在形成外部电极的一方的侧面上其端部露出，另一方的内部电极其端部并不从一方的侧面露出而是位于内侧，(2)该邻接的2个内部电极中的一方的内部电极在形成另一个外部电极的另一方的侧面上其端部并不露出而是位于内侧，另一方的内部电极的其端部从另一方的侧面露出。
接着，在内部电极的端部交替地露出的积层体的侧面，朝向端部未露出的内部电极的端部形成槽，在该槽内形成杨氏模量比压电体低的、例如树脂或者橡胶等绝缘体。另外，在本实施方式一中，作为优选的例子表示了形成有槽的例子，不过在本发明中并不是必须形成有槽。
接着，在玻璃粉末中加入粘合剂来制作银玻璃导电性糊剂，将该导电性糊剂成形为板状，并干燥(使溶剂飞散)。板的生坯密度控制为6～9g/cm3。将该板转印到柱状积层体10的外部电极形成面(所述一方的侧面与另一方的侧面)上，并在比玻璃的软化点高的温度，且银的熔点(965℃)以下的温度，且烧结温度(℃)的4/5以下的温度下进行烧结。由此，使用银玻璃导电性糊剂来制作成的板中的粘合剂成分就飞散消失，从而形成由构成为3维网络构造的多孔质导电体构成的外部电极4。
另外，从有效地形成颈部，扩散接合银玻璃导电性糊剂中的银与内部电极2，又有效地残留外部电极4中的空隙，进而部分地接合外部电极4与柱状积层体10侧面这些点来考虑，所述银玻璃导电性糊剂的烧结温度优选550～700℃。又，银玻璃导电性糊剂中的玻璃成分的软化点优选为500～700℃。
在烧结温度比700℃高的情况下，过度地进行了银玻璃导电性糊剂的银粉末的烧结，不能够形成构成有效的3维网络构造的多孔质导电体，从而外部电极4变得过于致密。其结果是，外部电极4的杨氏模量变得过高，不能够充分地吸收驱动时的应力，从而有外部电极4断线的可能性。优选在玻璃的软化点的1.2倍以内的温度下进行烧结。
另一方面，在烧结温度比550℃低的情况下，因为不能够在内部电极2与外部电极4之间充分地形成扩散接合，所以不能够形成颈部，从而有驱动时在内部电极2与外部电极4之间引起火花的可能性。
另外，银玻璃导电性糊剂的板的厚度优选比压电体1的厚度薄。从追随致动器的伸缩这一点来考虑，更优选为50μm以下。
又，从构成外部电极4的导电材料充分地吸收因致动器的伸缩而产生的应力这一点来考虑，该导电材料优选为杨氏模量低的银、或者以银为主成分的合金。
接着，将形成有外部电极4的柱状积层体10浸渍于硅橡胶溶液中，并且对硅橡胶溶液进行真空脱气，由此，将硅橡胶填充到柱状积层体10的槽内部，其后从硅橡胶溶液中拉出柱状积层体10，在柱状积层体10的侧面涂敷硅橡胶。其后，使填充于槽内部、以及涂敷于柱状积层体10的侧面上的所述硅橡胶固化。
其后，通过将导线连接于外部电极4上，完成本发明的积层型压电元件。
而且，利用导线对一对外部电极4施加0.1～3kV/mm的直流电压，对柱状积层体10进行分极处理，由此完成作为制品的积层型压电致动器。若将制作的积层型压电致动器的导线连接于外部的电压供给部上，利用导线以及外部电极4来对内部电极2施加电压，则各压电体1利用反压电效应来较大地变位，由此，就例如作为将燃料喷射供给于发动机的机动车用燃料喷射阀而发挥其功能。
以上构成的积层型压电元件中，内部电极2中的金属组成物以VIII族金属以及Ib族金属为主成分，且在使所述电极中的VIII族金属的含量为M1％重量、Ib族金属的含量为M2％重量时，满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100，所以即使在高电场下连续地驱动致动器的情况下，也可以防止产生热失控，从而可以提供高可信性的致动器。
又，以上构成的积层型压电元件中，在使内部电极2中的金属组成物成分全部由银构成时的元件电阻为ρAg、金属组成物成分全部由钯构成时的元件电阻为ρPd时，所述元件电阻ρ满足ρAg＜ρ＜ρPd，所以即使在高电场下连续地驱动致动器的情况下，变位量实际上也并不变化，所以可以提供装置不误动作、且耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，以上构成的积层型压电元件中，在使内部电极2中的金属组成物成分全部由银构成时的内部电极2的导电率为σAg、金属组成物成分全部由钯构成时的内部电极2导电率为σPd时，所述内部电极2的导电率σ满足σPd＜σ＜σAg，所以即使在高电场下连续地驱动致动器的情况下，变位量实际上也并不变化，所以可以提供装置不误动作、耐久性好的高可信性的压电致动器。
又，以上构成的积层型压电元件中，由构成所述内部电极2的金属组成物成分构成的结晶粒子的最大直径为1μm以上的结晶粒子存在80％体积以上，所以即使在高电场下连续地驱动致动器的情况下，变位量实际上也并不变化，所以可以提供装置不误动作、耐久性好的高可信性的压电致动器。
进而，在本发明中，在外部电极4的外表面上形成有由埋设有金属的网状物或者网眼状的金属板的导电性粘接剂构成的导电性辅助材料亦可。该情况下，通过在外部电极4的外表面设置导电性辅助材料，即使向致动器中投入大电流、以高速驱动的情况，也可以使大电流流动到导电性辅助材料中，从而可以降低流动到外部电极4内的电流，因而从这一理由来考虑，可以防止外部电极4引起局部过热从而断线，从而可以大幅地提高耐久性。进而，因为在导电性粘接剂中埋设有金属的网状物或者网眼状的金属板，所以可以防止在所述导电性粘接剂上产生裂纹。
金属的网状物是编织金属线而得到的网状物，网眼状的金属板是在金属板上形成孔、作成为网眼状的金属板。
进而，构成所述导电性辅助部件的导电性粘接剂优选由使银粉末分散的聚酰亚胺树脂构成。即，通过使比电阻低的银粉末分散于耐热性高的聚酰亚胺树脂中，即使在高温下的使用之际，也可以形成比电阻低且维持了高粘接强度的导电性辅助材料。更优选为，所述导电性粒子是薄板状或者针状等的非球形粒子。这是因为，通过使导电性粒子的形状为薄板状或者针状等非球形的粒子，就可以使该导电性粒子间的聚合牢固，从而可以进一步提高该导电性粘接剂的剪切强度。
本发明的积层型压电元件并不限定于上述各积层型压电元件，在不脱离本发明的中心意思的范围内可进行种种的变更。
又，在上述例中，说明了在柱状积层体10的对置的侧面上形成外部电极4的例子，不过在本发明中，例如在邻接设置的侧面上形成一对外部电极4亦可。
又，以上构成的实施方式一的积层型压电元件例如即使不是搭载在机动车发动机的燃料喷射装置、喷墨等的液体喷射装置、光学装置等的精密定位装置或者振动防止装置等中的驱动元件、以及搭载在燃烧压力传感器、敲触传感器、加速度传感器、载荷传感器、超声波传感器、压敏传感器、偏航速率传感器等中的传感器元件、以及搭载在压电陀螺仪、压电开关、压电变压器、压电遮断器等中的电路元件，但只要是使用了压电特性的元件，当然也可以使用。
特别是，即使连续驱动本实施方式一的积层型压电元件，希望的变位量实际上也并不变化，所以在例如应用于机动车发动机的燃料喷射装置中的情况下，也可以防止装置的误动作，可以提供耐久性好的高可信性的喷射装置。
实施方式二本发明的实施方式二的积层型压电元件(积层型压电致动器)，在实施方式一的积层型压电元件中，外部电极4与内部电极2如下构成。
在本实施方式二的积层型压电致动器中，外部电极4由以银为主成分的导电材料与玻璃构成，所述内部电极2包含有导电材料与压电材料。
而且，在使内部电极2的导电材料中的银重量比率为X(％)、包含有导电材料与压电材料的内部电极2中的银的重量比率为Z(％)、外部电极4中的银重量比率为Y(％)时，各比率以满足X≥85、以及0.9≤X/Y≤1.1的方式设定。这是因为以下理由。若X不足85％，则构成内部电极2的钯的重量比率必然增大，所以不能够以低成本来制造积层型压电致动器。又，若X/Y不足0.9，则内部电极2中的银的量相对于外部电极4中的银的量而相对地变少，所以在烧结外部电极4之际，包含于内部电极2与外部电极4中的银相互之间的相互扩散变少，内部电极2与外部电极4的接合强度变弱，从而积层型压电致动器的耐久性降低。又，若X/Y超过1.1，则外部电极4中的银的量相对于内部电极2相对地变少，所以在烧结外部电极4之际，包含于内部电极2与外部电极4中的银相互之间的相互扩散变少，内部电极2与外部电极4的接合强度变弱，积层型压电致动器的耐久性降低。
相对于此，在使内部电极2的导电材料中的银重量比率为X(％)、由以银为主成分的导电材料构成的外部电极4中的银重量比率为Y(％)时，若满足X≥85、以及0.9≤X/Y≤1.1，则可以抑制构成内部电极2的高价的钯的使用量，所以可以以低成本来制造积层型压电元件。又，内部电极2中的银重量比率X(％)与外部电极4中的银重量比率Y(％)大致相等，所以在烧结外部电极4之际，促进了包含于内部电极2与外部电极4中的银相互之间的相互扩散，从而内部电极2与外部电极4的牢固的接合成为可能，即使在高电场、高电压下长时间连续驱动的情况下，内部电极2与外部电极4也并不断线，从而可以具有好的耐久性。
进而，优选内部电极2由导电材料与压电材料构成，在使内部电极2中的银重量比率为Z(％)时，满足0.7≤Z/Y≤1.0。这是因为以下理由。若Z/Y不足0.7，则内部电极2中的银的量相对于外部电极4中的银的量相对地变少，所以与外部电极4相比，内部电极2的电阻值变高，所以，在内部电极2中产生局部发热。又，若Z/Y超过1.0，则内部电极2中的压电材料变少，所以内部电极2与压电体1的界面的紧贴强度变弱，从而在内部电极2与压电体1的界面上产生剥离。又，因为外部电极4中的银的量相对于外部电极2相对地变少，所以有内部电极2与外部电极4间的银的相互扩散变少，内部电极2与外部电极4的接合强度变弱的情况。
在本实施方式二中，如图2B所示，优选外部电极4与在积层体侧面上露出的内部电极2的端部扩散接合，内部电极2的导电材料成分扩散到外部电极4中，从而形成颈部4b。通过该颈部4b，就可以实现内部电极2与外部电极4的牢固的连接。又，若这样在内部电极端部形成颈部，该颈部埋设于外部电极中，则即使在积层型压电元件中流动有大电流、高速地驱动的情况，也可以防止在内部电极与外部电极的接合部上的局部发热或者火花。
又，在本实施方式二中，外部电极4优选由构成3维网络构造的多孔质导电体构成。在此，3维网络构造并不是意味着在外部电极4上存在所谓球形的空隙这一状态，而是指如下状态为了在较低的温度烧结构成外部电极4的导电材料粉末与玻璃粉末，而在烧结不完全进行、某种程度地存在空隙的连结状态下存在，构成外部电极4的导电材料粉末与玻璃粉末3维地连结、接合。另外，图2A是放大了如图1B所示的剖面的一部分的剖面图，图2B是进而放大地表示图2A的一部分的剖面图。
又，该外部电极4优选部分地接合于积层体10的侧面。即，与在积层体10的侧面露出的内部电极2的端部扩散接合，与积层体10的压电体1的侧面部分地接合。即，在压电体1的侧面一部分地接合有导电材料与玻璃的混合物，在压电体1的侧面与外部电极4之间形成有空隙4a。又，在外部电极4中也形成有多个空隙4a，由此，外部电极4就由多孔质导电体构成。空隙4a的形状是仍多少地残存有导电材料与玻璃烧结前的形状的复杂形状。
若外部电极4不以构成为3维网络构造的多孔质导电体构成，则外部电极4就不具有柔软性，所以不能够追随着积层型压电致动器的伸缩，所以有产生外部电极4的断线或者外部电极4与内部电极2的接点不良的情况。
进而，在本发明中，优选为外部电极4中的空隙率是30％～70％。由此，就可以柔软地承受因致动器的伸缩而产生的应力。即，在外部电极4中的空隙率小于30％体积的情况下，外部电极4不能够完全承受因致动器的伸缩而产生的应力，从而有外部电极4断线的可能性。另一方面，在外部电极4中的空隙率大于70％体积的情况下，外部电极4的电阻值变大，在流动有大电流之际外部电极4引起局部发热，从而有断线的可能性。
进而，优选为在外部电极4的压电体1的侧表层部形成有玻璃富集层。这是因为，若不存在玻璃富集层，则与外部电极4中的玻璃成分的接合变得困难，所以有外部电极4与压电体1的牢固的接合变得不容易这一可能性。
又，优选为包含于外部电极4中的玻璃的软化点(℃)是构成内部电极2的导电材料的熔点(℃)的4/5以下。这是因为，若构成外部电极4的玻璃的软化点超过构成内部电极2的导电材料的熔点的4/5，则构成外部电极4的玻璃的软化点与构成内部电极2的导电材料的熔点成为同等程度的温度，所以烧结外部电极4的温度必然接近构成内部电极2的导电材料的熔点，所以，在外部电极4的烧结之际，内部电极2以及外部电极4的导电材料凝集从而防碍扩散接合，又，由于不能够将烧结温度设定为对于外部电极4的玻璃成分软化而充分的温度，所以有不能够得到因软化的玻璃而产生的充分的接合强度这一情况。
进而，优选为使构成为外部电极4的玻璃为非晶质。这是因为，在结晶质的玻璃中，外部电极4不能够吸收因积层型压电致动器的伸缩而产生的应力，所以有产生裂纹等的情况。
又进而，优选外部电极4的厚度比压电体1的厚度薄。这是因为，若外部电极4的厚度比压电体1的厚度厚，则外部电极4的强度增大，所以在积层体10伸缩之际，外部电极4与内部电极2的接合部的负荷增大，从而有产生接点不良的情况。
又，如图2以及图3所示，优选为在形成于积层体10的侧面上的凹槽内填充有杨氏模量比压电体1低的绝缘体，内部电极2与外部电极4每隔一层地绝缘。夹于内部电极2之间的压电体1利用施加于紧邻的内部电极2之间的电压来伸缩，不过就未夹于内部电极2的积层体10的侧面附近的压电体1而言，即使对内部电极2施加电压其也不伸缩，所以每次对内部电极2施加电压，都会产生压缩应力或者拉伸应力。相对于此，在积层体10的侧面形成凹槽，在该凹槽内填充杨氏模量比压电体1低的绝缘体3，由此就可以利用绝缘体3伸缩来降低在积层体10伸缩的情况下在积层体10的侧面产生的应力，由此就可以改善耐久性。
此时，若填充于所述凹槽中的绝缘体3的杨氏模量比压电体1大，则因为不能够如上述那样以绝缘体3的伸缩来缓和在积层体10的侧面附近产生的应力，所以有积层型压电元件的耐久性降低这一可能性。
又，从成本的方面来考虑，优选作为内部电极2使用低钯比率的银-钯合金。因此，优选使用可以在980℃以下左右烧结的压电体1，构成该压电体1的材料优选以PbZrO3-PbTiO3为主成分、作为副成分含有10～20％mol的Pb(Yb1/2Nb1/2)O3、Pb(Co1/3Nb2/3)O3以及Pb(Zn1/3Nb2/3)O3的材料。即，从银-钯合金的状态图来考虑，在使用钯5％重量的银-钯合金之际，作为可以在980℃以下的温度烧结的压电体1，可以使用以PbZrO3-PbTiO3为主成分、作为副成分含有10～20％mol的Pb(Yb1/2Nb1/2)O3、Pb(Co1/3Nb2/3)O3以及Pb(Zn1/3Nb2/3)O3的材料。
在此，在将钯5％重量的银-钯合金作为内部电极2来使用的情况下，若在1100℃的温度下烧结，则烧结温度超过构成内部电极2的导电材料(银-钯合金)的熔点，内部电极2的导电材料凝集，从而生成产生脱层这一问题。即，为了在内部电极2的导电材料中使用低钯比率的银-钯合金，必须将压电体1的烧结温度降为980℃以下左右。
外部电极4由87～99.5％重量的导电材料、0.5～13％重量的玻璃粉末构成，微量的玻璃分散于导电材料中。该外部电极4部分地接合于积层体10的侧面。即，与在积层体10的侧面露出的内部电极2的端部扩散接合内部电极2中的导电材料与外部电极4中的导电材料，与积层体10的压电体1的侧面主要利用外部电极4中的玻璃成分来接合。即，与压电体1的侧面部分地接合外部电极4的中的导电材料与玻璃的混合物，在压电体1的侧面与外部电极4之间形成有空隙4a。又，在外部电极4中也形成有多个空隙4a，由此，外部电极4由多孔质导电体构成。空隙4a的形状是仍多少地残存有导电材料与玻璃烧结前的形状的复杂形状。
又，外部电极4为了充分吸收因积层型压电致动器的伸缩而产生的应力，而优选外部电极4的导电材料由杨氏模量低的银、或者以银为主成分的合金构成，又，作为外部电极4整体，优选以柔性的、构成为3维网络构造的多孔质导电体形成。
本发明实施方式二的积层型压电制动器可以与实施方式一的积层型压电致动器同样地制造。
首先，与实施方式一同样地制作积层体10。
在此，从成本的方面来考虑，作为形成内部电极2的银-钯合金优选为低钯比率的银-钯合金，特别是，更优选钯比率为10％重量以下的银-钯合金。因此，优选压电体1是可以在980℃以下烧结的材料，例如将以PbZrO3-PbTiO3为主成分、作为副成分含有10～20％mol的Pb(Yb1/2Nb1/2)O3、Pb(Co1/3Nb2/3)O3以及Pb(Zn1/3Nb2/3)O3的材料使用于压电体1中即可。又，构成内部电极的银-钯使用银与钯的合金粉末亦可，使用银粉末与钯粉末的混合物亦可。另外，在使用银粉末与钯粉末的混合物的情况下，在烧结时也形成银-钯的合金。
又，就添加于用于形成内部电极2的导电性糊剂中的压电材料(压电陶瓷的准烧粉末)的比率而言，为了使内部电极2与压电体1的接合强度牢固，又充分地降低内部电极2的电阻值，由此，优选在烧结后的内部电极2中包含有导电材料75～93％重量，剩余部分的压电体材料7～25％重量。
另外，积层体10并不限定于利用上述方法制作，若能够制作交替地积层多个压电体与多个内部电极而成的积层体10，则利用任意的制造方法来形成均可。
在制作出积层体10之后，如图3A所示，利用切割装置等在积层体10的侧面每隔一层地形成槽。
进而，在由粒径0.1～10μm的银粉末87～99.5％重量、与剩余部分粒径0.1～10μm的、以硅为主成分的、软化点为450～800℃的玻璃粉末0.5～13％重量构成的混合物中加入粘合剂来制作银玻璃导电性糊剂，将成形并干燥(使溶剂飞散)该银玻璃导电性糊剂而得到的板21的生坯密度控制为6～9g/cm3，如图3B所示，将该板21转印于形成有槽的积层体10的外部电极形成面上，在比玻璃的软化点高的温度、且银的熔点以下的温度下进行烧结，由此可以形成外部电极4。
又，如图3C所示，使用银玻璃导电性糊剂来制作的板21中的粘合剂成分飞散消失，也可以形成由构成为3维网络构造的多孔质导电体构成的外部电极4，特别是，为了形成3维网络构造的外部电极4，将板21的生坯密度控制为6～9g/cm3，进而，为了使外部电极4的空隙率为30～70％，优选使生坯密度为6.2～7.0g/cm3。板21的生坯密度可以利用阿基米德法来测定。
利用该银玻璃糊剂的烧结来在外部电极4中形成空隙4a，并且银玻璃糊剂中的银与内部电极2中的银-钯合金扩散接合，形成颈部4b亦可，外部电极4部分地接合于积层体10的侧面。在颈部4b中，因为内部电极2的银-钯合金与外部电极4的银相互扩散，所以从内部电极扩散的钯可以以一般的分析方法(例如，EPMA、EDS等)检测。
另外，为了有效地形成颈部4b，所述银玻璃糊剂的烧结温度优选设定为在实施方式一中所说明的范围。
又，银玻璃糊剂的板21的厚度优选为比压电体1的厚度薄。为了追随积层型压电致动器的伸缩，更优选为50μm以下。
使银玻璃导电性糊剂21中的银粉末为87～99.5％重量、剩余部分的玻璃粉末为0.5～13％重量是因为在银粉末比87％少的情况下，玻璃成分相对地变多，在进行烧结之际，就不能够在外部电极4中有效地形成空隙4a或者不能够部分地接合该外部电极4与积层体10侧面，另一方面，在银粉末比97％体积、99.5％重量多的情况下，玻璃成分相对地变少，外部电极4与积层体10的接合强度变弱，从而有在积层型压电致动器的驱动中外部电极4从积层体10剥离的可能性。
又，构成外部电极4的玻璃成分使用硅玻璃、苏打石灰玻璃、铅碱硅酸玻璃、氧化铝硼硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、氧化铝硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。
例如，作为硼硅酸盐玻璃，可以使用含有SiO240～70％质量、B2O32～30％质量、Al2O30～20％质量、MgO、CaO、SrO、BaO那样的碱土族金属氧化物总量0～10％质量、碱金属氧化物0～10％质量的玻璃。又，在上述硼硅酸盐玻璃中，使用包含有5～30％质量的ZnO那样的玻璃亦无妨。ZnO有降低硼硅酸盐玻璃的作业温度的效果。
又，作为磷酸盐玻璃，可以使用包含有P2O540～80％质量、Al2O30～30％质量、B2O30～30％质量、ZnO0～30％质量、碱土族金属氧化物0～30％质量、碱金属氧化物0～10％质量那样的玻璃。
又，作为铅玻璃，可以使用包含有PbO30～80％质量、SiO20～40％质量、Bi2O30～30％质量、Al2O30～20％质量、ZnO0～30％质量、碱土族金属氧化物0～30％质量、碱金属氧化物0～10％质量那样的玻璃。
以下，实施方式二的积层型压电致动器可以与实施方式一同样地进行。
即，将形成有外部电极4的积层体10浸渍于硅橡胶溶液，并且利用对硅橡胶溶液进行真空脱气，来在积层体10的槽内部填充硅橡胶，并使硅橡胶固化。
而且，将导线6连接于外部电极4上，利用导线6在一对外部电极4上施加0.1～3kV/mm的直流电压，对积层体10进行分极处理。由此，例如作为对发动机喷射供给燃料的机动车用燃料喷射阀而发挥其功能的积层型压电致动器就完成。
实施方式三本发明实施方式三的积层型压电元件(积层型压电致动器)的特征在于，在如图1A、图1B等所示的元件中，内部电极2由以银为主成分且包含有钯或者铂的至少一种的导电材料构成，又，外部电极4由以银为主成分的导电材料与玻璃成分构成，与外部电极4的连接部附近的内部电极2中的导电材料的银比率比积层体10内部的内部电极2中的导电材料的银比率大。
通过这样使与外部电极4的连接部附近的内部电极2的导电材料的银比率比积层体10内部的内部电极2的导电材料中的银比率大，就可以使外部电极4导电材料的主成分即银与内部电极2的导电材料中的银的浓度相接近，所以通过银的相互扩散，外部电极4与内部电极2的接合就变得可靠。
即，因为构成与外部电极4的连接部附近的内部电极2的导电材料中的银的浓度与外部电极4中的银的浓度大致相等，所以在将所述外部电极4烧结于所述积层体10上时，促进了所述外部电极4中的银与所述内部电极2中的银的相互扩散，从而所述内部电极2与所述外部电极4的牢固的接合成为可能，即使在高电场、高压力下长时间连续驱动的情况下，所述外部电极4与所述内部电极2也并不断线，从而可以具有好的耐久性。
进而，优选为内部电极2的导电材料中的银比率随着接近外部电极4而逐渐变大。由此，内部电极2的导电材料中，就连续地形成了银的浓度梯度，所以可以确立稳定的内部电极2以及内部电极2与外部电极4的接合。
进而，优选外部电极4与内部电极2利用颈部4b来扩散接合。由此，即使在流动大电流高速驱动致动器的情况下，因为在内部电极2与外部电极4的接合部分形成有可以承受大电流的颈部4b，所以可以防止在该接点部的火花或者断线。又，因为内部电极2与外部电极4利用该颈部4b来扩散接合，所以内部电极2与外部电极4的接合部上并没有明确的分界，从而可以形成可信性高的接合部。另外，所述颈部4b是指内部电极2的导电材料与外部电极4的导电材料相互扩散而形成的部分。
进而，通过使内部电极2导电材料中的银比率为85％重量以上，就可以增大内部电极2中的银的浓度，从而可以使因银的扩散接合而产生的与外部电极4的连接可靠。又，通过使内部电极2的导电材料中的银比率为85％重量以上，就可以抑制高价的钯或者铂等的使用量，所以可以制造廉价的积层型压电元件。另一方面，在内部电极2的导电材料中的银比率未满85％重量的情况下，高价的钯或者铂的使用量必然增大，所以不能够制造廉价的积层型压电元件，又，因为内部电极2的导电材料中的银的浓度变得低，所以与外部电极4的接合变得不确定。另外，内部电极2导电材料中的银比率是指内部电极2导电材料中的银比率不变化的积层体10内部中在从与外部电极4的接合部离开1mm以上的部分中的银比率。
进而，优选在外部电极4的压电体1侧表层部设置有玻璃富集层。这样，通过使外部电极4中的玻璃成分较多地存在于与压电体1的接合界面上，就可以提高外部电极4与积层体10侧面的接合强度。
进而，优选外部电极4中的玻璃成分实质地存在于外部电极4厚度的积层体10表层侧的80％以下。由此，因为担负着与积层体10接合这一作用的玻璃成分存在于压电体1侧的表层部，所以外部电极4与积层体10的强接合成为可能，另一方面，在外部电极4的大气侧表层部只实质地存在以银为主成分的导电材料，从而即使在以焊锡来将导线等连接固定于所述外部电极4上之际，也可以提供焊锡濡湿性良好的外部电极表面。
进而，优选为在外部电极4中的玻璃成分中包含有氧化铅或者氧化铋。即，通过在外部电极4中的玻璃成分中包含有与压电体1的接合强度高的氧化铅或者氧化铋，就可以使外部电极4与压电体的接合牢固。另一方面，在外部电极4中的玻璃成分中未包含有氧化铅或者氧化铋的情况下，有产生驱动时外部电极4从积层体10侧面剥离这一问题的可能性。
又，从成本的方面来考虑，优选作为内部电极2使用低钯比率的银-钯合金。因此，期望的是使用可以在980℃以下左右烧结的压电体1，构成该压电体1的材料优选为以PbZrO3-PbTiO3为主成分、作为副成分含有10～20％mol的Pb(Yb1/2Nb1/2)O3、Pb(Co1/3Nb2/3)O3以及Pb(Zn1/3Nb2/3)O3的材料。即，从银-钯合金的状态图来考虑，在使用钯5％重量的银-钯合金之际，作为可以在980℃以下左右烧结的压电体1，可以使用以PbZrO3-PbTiO3为主成分、作为副成分含有10～20％mol的Pb(Yb1/2Nb1/2)O3、Pb(Co1/3Nb2/3)O3以及Pb(Zn1/3Nb2/3)O3的材料。
在此，在将钯5％重量的银-钯合金作为内部电极2来使用的情况下，若在1100℃的温度下烧结，则烧结温度超过构成内部电极2的导电材料(银-钯合金)的熔点，内部电极2的导电材料凝集，生成产生脱层这一问题。即，为了在内部电极2的导电材料中使用低钯比率的银-钯合金，必须将压电体1的烧结温度降为980℃以下左右。
外部电极4由以银为主成分的导电材料87～99.5％重量、与包含有氧化铅或者氧化铋的至少一种的玻璃成分0.5～13％重量构成，该玻璃成分只实质地存在于外部电极4厚度的积层体10表层侧的80％以下。又，在所述外部电极4中，与在积层体10的侧面露出的内部电极2的端部扩散接合内部电极2中的导电材料与外部电极4中的导电材料，与积层体10的压电体1的侧面主要利用外部电极4中的玻璃成分来接合。
接着，说明由本发明的积层型压电元件构成的积层型压电致动器的制造方法。
在本制造方法中，与实施方式二同样地制作积层体10，如图3A所示，利用切割装置每隔一层地在积层体10的侧面形成凹槽。
接着，如下形成外部电极4。
首先，在由粒径0.1～10μm的银粉末87～99.5％重量、与剩余部分粒径0.1～10μm且包含有氧化铅或者氧化铋的至少一种以上的玻璃粉末0.5～13％重量构成的混合物中加入粘合剂来制作下层用银玻璃糊剂。进而，在粒径0.1～10μm的银粉末中加入粘合剂来制作上层用银糊剂。
而且，在已脱模处理的薄膜上，以5～40μm的厚度来丝网印刷下层用银玻璃糊剂21a，在使其干燥后，在其上以5～40μm的厚度来丝网印刷上层用银糊剂21b。进而干燥后，从脱模薄膜剥离糊剂板21，如图3(b)所示，以下层用银玻璃糊剂成为积层体10侧的方式将该糊剂板21转印于形成有槽的积层体10的外部电极4形成面上，在比包含于下层用银玻璃糊剂中的玻璃成分的软化点高的温度、且银的熔点以下的温度下进行烧结，以此如图3(c)所示，就可以形成外部电极4，所述外部电极4形成有颈部4b。
另外，为了使内部电极2导电材料中的银比率有效地随着接近外部电极4而逐渐变大，优选在以式1所示的温度的指数函数Y来表示外部电极4的烧结模式的情况下，以时间(单位分)来积分Y而得到的值为1000以上，更优选为1800～4000。
(式1)Y＝exp((T+273)/273) [T的单位是℃]
通过这样使以时间(分)来积分Y而得到的值为1800～4000，就可以有效地使内部电极2导电材料中的银比率随着接近外部电极4而逐渐变大，又，在外部电极4与内部电极2的接合部形成有颈部4b，进而，可在外部电极4的积层体10表层侧形成玻璃富集层。
通过以下层用银玻璃糊剂成为积层体10侧的方式对这样由包含有玻璃成分的下层用银玻璃糊剂与未包含玻璃成分的上层用银糊剂构成的糊剂板21进行烧结，就可以在外部电极4的积层体10表层侧设置玻璃富集层。又，通过对形成所述糊剂板21的下层用银玻璃糊剂与上层用银糊剂的厚度进行控制，就可以使外部电极4中的玻璃成分实质地存在为外部电极4厚度的积层体10表层侧的80％以下。进而，利用所述烧结形成颈部4b，在颈部4b中，内部电极2的银-钯合金与外部电极4的银相互扩散，所以可以以一般的分析方法(例如，EMPA、EDS等)来检测从内部电极2扩散的钯。
另外，外部电极4的形成方法并不限定于上述方法，直接印刷于积层体10侧面的外部电极4形成面上亦可。进而，在上述方法中，以1次的烧结而形成外部电极4，不过在转印或者印刷下层用银玻璃糊剂之后，进行烧结，然后，在转印或者印刷上层用银糊剂之后，再进行烧结，即以2次的烧结来形成外部电极4亦可。
又，外部电极4的厚度优选比压电体1的厚度薄。为了追随致动器主体即积层体的伸缩，更优选为50μm以下。
使下层用银玻璃糊剂中的银粉末为80～99.5％重量、剩余部分的玻璃粉末为0.5～13％重量是因为在银粉末比80％重量少的情况下，外部电极4的比电阻变大，从而在流动大电流高速驱动的情况下有可能在该外部电极4中引起局部发热，另一方面，在银粉末比99.5％重量多的情况下，玻璃成分相对变少，外部电极4与积层体10的接合强度变弱，从而有可能产生在驱动中外部电极4从积层体10剥离这一问题。
又，在上层用银糊剂中不包含有玻璃成分。这是因为在利用焊锡来将导线6连接固定于外部电极4上的情况下，若玻璃成分存在于外部电极4的大气侧表层部分，则焊锡的濡湿性显著地降低，导线6向外部电极4的接合强度降低，从而有驱动中该导线6脱落这一弊端。
又，通过在下层用银玻璃糊剂的玻璃成分中包含有氧化铅或者氧化铋的至少一种，就可以提高与积层体10的接合强度。
以下，实施方式二的积层型压电致动器可以与实施方式一等同样地制造。
即，将形成有外部电极4的积层体10浸渍于硅橡胶溶液中，并对其进行真空脱气，由此硅橡胶就填充到积层体10的槽内部，并使硅橡胶固化。
而且，将导线6连接到外部电极4，利用导线6来对一对外部电极4施加0.1～3kV/mm的直流电流，对积层体10进行分极处理。由此，完成例如作为对发动机喷射供给燃料的机动车用燃料喷射阀而发挥其功能的积层型压电致动器。
在以上说明的实施方式一至三中，压电体1例如由以钛酸锆酸铅Pb(Zr，Ti)O3(以下略称为PZT)、或者钛酸钡BaTiO3为主成分的压电陶瓷材料等形成。该压电陶瓷优选表示其压电特性压电失真常数d33高。
又，在实施方式一至三中，压电体1的厚度即内部电极2间的距离优选0～250μm。由此，即使积层型压电致动器为了施加电压以便得到更大的变位量而增加积层数，也可以实现致动器的小型化、低高度化，并且可以防止压电体1的绝缘破坏。
在以上的实施方式一至三中，优选内部电极2具有空隙，相对于内部电极2的截面的整个截面积的、空隙所占有的面积比(以下，称为空隙率)是5～70％。
这样，通过使用包含有空隙的内部电极2来构成积层型压电体元件，就可以得到耐久性高的积层型压电元件。若内部电极2中的空隙率比5％小，则相对于压电体的变位的约束力变强，从而因空隙率的存在而产生的效果变小。又，若内部电极2中的空隙率比70％大，则内部电极2的导电率变小且强度降低，所以不优选。为了提高元件的耐久性，优选内部电极2的空隙率为7～70％，更优选内部电极2的空隙率为10～60％，由此就可以确保高变位量且得到高耐久性。
在此，如上述，内部电极2的空隙率是指相对于内部电极2的截面的整个截面积的、空隙所占有的面积比，具体地可以如下求得。
即，与积层方向平行地切断积层型压电元件，例如，利用显微镜观察来求出在其纵截面上露出的一内部电极2中的整个截面积与空隙所占有的空隙占有面积。而且，从其面积比来算出内部电极2的空隙率((空隙占有面积/整个截面积)×100)。
又，包含有空隙的内部电极2可以如下制造。
首先，作为构成内部电极2的金属粉末，以烧结后可以在内部电极2中形成空隙的方式使用熔点不同的2种以上的材料。此时，根据需要，作为金属材料也可以使用合金。
而且，在构成内部电极2的金属粉末中熔点最低的金属的熔点以上且熔点最高的金属的熔点以下的温度下进行焙烧。若在这样温度下焙烧，则构成内部电极2的金属粉末中因在其熔点以上而熔融的金属或者合金就通过毛细管现象移动到未熔融的金属的间隙内，在有熔融的金属的场所形成空隙。在该方法中，可以通过调整构成内部电极2的二种以上的金属粉末的混合比率以及温度，来将内部电极2的空隙设定为希望的比率。
另外，内部电极2的空隙例如利用在调整为了形成内部电极2而使用的导电性糊剂之际在金属粉末间形成微小的间隙，或者包含于导电性糊剂中的粘合剂烧掉后产生的间隙等来形成亦可。
又，也可以通过将与构成内部电极2的材料和濡湿性差的物质添加于内部电极用的导电性糊剂中，或者在印刷有内部电极用导电性糊剂的压电体生片的表面上涂敷与构成内部电极2的材料濡湿性差的物质，也可在内部电极2中形成空隙。在此，作为构成内部电极2的材料和濡湿性差的材料，例如例举BN。
进而，在本实施方式一至三中，如图4所示，在外部电极4的外表面形成有由埋设有金属的网状物或者网眼状的金属板7b的导电性粘接剂7a构成的导电性辅助部件7亦可。该情况下，通过在外部电极4的外表面设置导电性辅助部件7，则即使在将大电流投入到致动器、以高速驱动的情况下，也可以使大电流流入到导电性辅助部件7，从而降低流入到外部电极4中的电流。由此，可以防止外部电极4引起局部发热而断线，且可以大幅地提高耐久性。进而，若在导电性粘接剂7a中埋设金属的网状物或者网眼状的金属板7b，则可以防止在导电性粘接剂7a上产生裂纹。
又，在外部电极4的外表面不使用网状物或者网眼状的金属板的情况下，通过使因积层体10的伸缩而产生的应力直接作用于外部电极4上，外部电极4就有可能因驱动中的疲劳而容易从积层体10的侧面剥离。
金属的网状物是指编织金属线而得到的网状物，网眼状的金属板是指在金属板上形成孔、作成为网眼状的金属板。
在此，优选导电性粘接剂由使导电性粒子分散的聚酰亚胺树脂构成。这是因为通过使用具有比较高的耐热性的聚酰亚胺树脂，即使在高温下驱动积层体10的状态下，导电性粘接剂也容易维持高粘接强度。
又，更优选构成所述导电性辅助部件7的导电性粘接剂7a由使比电阻低的银粉末分散的聚酰亚胺树脂构成。这是因为通过在导电性粒子中使用电阻值比较低的银粉末，就容易抑制导电性粘接剂中的局部发热。
进而，优选所述导电性粒子是薄片状或者针状等非球形的粒子。这是因为通过使导电性粒子的形状为薄片状或者针状等非球形的粒子，就可以使该导电性粒子间的聚合牢固，从而可以进一步提高该导电性粘接剂7a的剪切强度。
实施方式四图5表示本发明实施方式四的喷射装置，使用本发明的压电致动器而构成。在图5中符号31表示收纳容器。在该收纳容器31的一端设置有喷射孔33，又在收纳容器31内收容有可以开闭喷射孔33的针型阀35。
在喷射孔33上可以连通地设置有燃料通路37，该燃料通路37连结于外部的燃料源，燃料在一直恒定的高压下供给到燃料通路37中。因而，如下地形成若针型阀35开放喷射孔33，则供给到燃料通路37中的燃料在恒定的高压下喷出到内燃机的未图示的燃料室内。
又，针型阀35的上端部直径变大，成为可以与形成在收纳容器31中的压力缸39滑动的活塞41。而且，在收纳容器31中收纳有上述压电致动器43。
在此，压电致动器43是本发明的压电致动器。
在这样的喷射装置中，若压电致动器施加电压而伸长，则活塞41被按压，针型阀35闭塞喷射孔33，使从而燃料的供给停止。又，若电压的施加停止，则压电致动器43收缩，碟形弹簧45反压活塞41，喷射孔33与燃料通路37连通，从而进行燃料的喷射。
在这样的喷射装置中，如实施方式一至三所说明，可以在积层型压电元件中抑制外部电极与内部电极的断线，可以大幅地提高耐久性，所以也可以提高喷射装置的耐久性。
实施例一在实施例一中，如下这样构成图1的积层型压电元件。使用由不同的内部电极材料组成构成的积层型压电元件，来研究具有种种的变位特性的积层型压电元件的耐久特性。
首先，制作柱状积层体。压电体由厚度150μm的钛酸锆酸铅(PbZrO3-PbTiO3)形成，内部电极以厚度3μm形成，压电体以及内部电极的各个积层数作成为300层。另外，烧结温度为1000℃。
其后，利用切割装置在柱状积层体侧面的内部电极的端部上每隔一层地形成深度50μm、宽度50μm的槽。
接着，在平均粒径2μm的薄片状的银粉末90％体积、与剩余部分平均粒径2μm的、以硅为主成分的、软化点为640℃的非晶质的玻璃粉末10％体积的混合物中，相对于银粉末与玻璃粉末的合计重量100质量份而添加8质量份的粘合剂，将它们充分地混合来制作银玻璃导电性糊剂。利用丝网印刷将这样制作而得到的银玻璃导电性糊剂形成在脱模薄膜上，在干燥后将其从脱模薄膜剥离，从而得到银玻璃导电性糊剂的板。利用阿基米德法测定该板的生坯密度为6.5g/cm3。
接着，将所述银玻璃糊剂的板转印于柱状积层体的外部电极面上，在650℃下进行30分钟的烧结，形成由构成3维网络构造的多孔质导电体构成的外部电极。另外，通过使用图像解析装置来测定外部电极的剖面照片可知，此时的外部电极的空隙率是40％。
其后，将导线连接到外部电极上，利用导线对正极与负极的外部电极施加15分钟3kV/mm的直流电场，进行分极处理，从而制作出如图1所示的积层型压电元件。
将170V的直流电压施加于得到的积层型压电元件上，其结果是，在积层方向上得到45μm的变位量。进而，在室温下以150Hz的频率对该积层型压电元件施加0～+170V的交流电压以进行驱动试验。
改变内部电极金属组成，分别测定积层型压电元件达到驱动次数1×109次时的积层型压电元件变位量，将其与开始连续驱动前的积层型压电元件初始状态的变位量比较，算出变位量的变化率与积层型压电元件的劣化的程度。结果如表1所示。
表1表1-1
在此，表1-1中的表示为Pd、Pt、Ag、Cu的栏表示内部电极的金属成分中的Pd、Pt、Ag、Cu的含量。
表1-2
从表1-1、1-2可知，在使内部电极为银100％的情况(No.1)下，积层型压电元件因银迁移而破损，从而不可能连续驱动，不过通过内部电极中的金属组成物以在使VIII族金属(Pd、Pt)的含量为M1(％重量)、Ib族金属(Ag、Au)的含量为M2(％重量)时，满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属组成物(No.2～15)为主成分，就可以提供装置并不误动作、耐久性好的高可信性的压电致动器。特别是，在提高积层型压电元件的耐久性这一点上，M1在0.1％重量以上10％重量以下(No.4～13)成为优选的结果，在必需更高的耐久性的情况下，0.5以上9.5以下(No.5～12)是更优选的。又，在追求更高的耐久性的情况下，2以上8以下(No.7～10)能够得到更优选的结果。同样地，特别是，在提高积层型压电元件的耐久性这一点上，M2在90以上99.9以下成为优选的结果，在必需要求更高的耐久性的情况下，90.5以上99.5以下是更优选的。又，在追求更高的耐久性的情况下，92以上98以下能够得到更优选的结果。
实施例二作为实施例二，就在实施例一中制作的元件(除去元件No.15)而言，在外部电极间施加直流电压10V，测定元件电阻。其结果如表2所示。另外，为了测定元件电阻而施加的电压可以用1～100V间的任意的电压来测定。
表2
表2中的归一化的元件电阻以由银100％来形成内部电极时的元件电阻为基准(作为1)而归一化。
从同表可知，通过使元件电阻P满足ρAg＜ρ＜ρPd，即使连续驱动也可以抑制内部电极部的发热，可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
实施例三作为实施例三，就实施例一的试样(除去元件No.15)而言，评价内部电极导电率。其结果如表3所示。
表3
从同表可知，通过使内部电极导电率σ满足σPd＜σ＜σAg，即使连续驱动也可以抑制内部电极部的发热，可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
实施例四作为实施例四，就实施例一的试样(除去元件No.15)而言，评价内部电极中的粒径。其结果如表4所示。
另外，在表4中，表示在内部电极中粒径是1μm以上的粒子的比率。
表4
从同表可知，通过由构成所述内部电极的金属组成物成分构成的结晶粒子的最大直径是1μm以上的结晶粒子存在80％体积以上，即使连续驱动也可以抑制内部电极部的发热，可以使压电致动器变位量稳定化，所以可以提供耐久性好的高可信性的压电致动器。
另外，本发明并不限定于上述实施例，在不脱离本发明的中心意思的范围内进行种种的变更也无妨。
实施例五作为实施例五，如下地制作本发明的积层型压电元件。
首先，制作混合有以PZT为主成分的压电陶瓷的焙烧粉末、粘合剂、以及增塑剂的浆料，以刮刀法制作厚度150μm的成为压电体1的陶瓷生片。
利用丝网印刷以3μm的厚度将通过在以银的重量比率X(％)为85～95％重量的方式混合有钯的银-钯合金中加入粘合剂而得到的导电性糊剂形成在该陶瓷生片的单面上，积层300片所述陶瓷生片，并在980～1100℃下进行烧结，从而得到图1的积层体10。
接着，如图3A所示，利用切割装置在积层体10侧面的内部电极2的端部上每隔一层地形成深度50μm、宽度50μm的槽。
接着，以银的重量比率Y(％)为84～97％重量的方式混合平均粒径2μm的薄片状的银粉末与平均粒径2μm的、以硅为主成分的、软化点为640℃的非晶质的玻璃粉末，进而，相对银粉末与玻璃粉末的合计重量100重量份而添加并混合8重量份的粘合剂，从而制作银玻璃导电性糊剂。利用丝网印刷将这样制作的银玻璃糊剂形成于脱模薄膜上，在使其干燥后，从脱模薄膜上剥离，从而得到银玻璃导电性糊剂的板，之后，将所述银玻璃导电糊剂的板转印于积层体10的对置的一对侧面上，在650℃下进行30分钟的烧结，从而形成外部电极4。
又，在内部电极2与外部电极4的接合部上，形成有通过内部电极2中的银-钯合金与外部电极4中的银玻璃导电性糊剂中的银相互扩散而得到的颈部4b，利用EPMA来对该颈部4b进行分析可以确认，钯从内部电极2扩散。
又，就上述形成的外部电极4的空隙率而言，利用外部电极4的剖面照片分析可知，空隙率为40％。进而，利用外部电极4的剖面照片来测定可知，外部电极4与积层体10侧面的接合部分是约50％。又，在外部电极4的压电体侧表层部上形成有银玻璃导电性糊剂中的玻璃成分所偏集而成的玻璃富集层。
其后，将导线连接于外部电极上，利用导线对正极以及负极的外部电极施加15分钟3kV/mm的直流电场，进行分极处理，从而制造如图1所示的积层型压电致动器。
在使用上述方法制作的本发明的积层型压电致动器中，在X≥85的范围内形成内部电极2导电材料中的银重量比率X(％)与外部电极中的银重量比率Y(％)，并验证X/Y的值与积层型压电致动器的驱动之间的关联。
又，作为比较例，制作在X/Y＜0.9，或者X/Y＞1.1的范围内形成上述X/Y的值的试样。
相对于上述那样得到的积层型压电致动器，施加185V的直流电压可知，在所有的积层型压电致动器中，在积层方向上得到49μm的变位量。进而，在室温下以150Hz的频率对这些积层型压电致动器施加0～+185V的交流电场，进行循环2×108次的驱动试验。结果如表5所示。
表5
从该表5可知，因为比较例即试样号码22的其X/Y的值不足0.9，所以内部电极2中的银的量相对于外部电极4而相对地变少，又，内部电极2中的银的量变少，以此内部电极2的熔点变高，所以在内部电极2与外部电极4之间银的相互扩散变少，由此，颈部4b的强度降低，所以在高速连续驱动积层型压电致动器的情况下，颈部4b因积层体10伸缩所产生的应力而断线，从而电压不能供给到一部分的压电体1中，所以随着驱动循环增加，积层体10的变位量降低，所以作为积层型压电致动器的耐久性降低。
又，因为比较例即试样号码23的其X/Y的值超过1.1，所以外部电极4中的银的量相对于内部电极2导电材料中的银的量而相对变少，在内部电极2与外部电极4之间银的相互扩散变少，由此，与上述同样地，颈部4b因积层体10伸缩所产生的应力而断线，且电压不能供给到一部分的压电体1中，所以随着驱动循环增加，积层体10的变位量降低，所以作为积层型压电致动器的耐久性降低。
相对于此，在本发明的实施例即试样号码19～21中，是在X≥85且0.9≤X/Y≤1.1的范围内形成的积层型压电致动器，所以促进了在内部电极2与外部电极4之间银的相互扩散，从而内部电极2与外部电极4的接合变得牢固，所以2×108次循环之后也可以得到49μm的变位量，又，2×108次循环之后在外部电极4中并没有产生火花或者断线等的异常，从而作为积层型压电致动器具有好的耐久性。
实施例六在实施例六中，在使用以在银-钯合金中加入压电陶瓷的焙烧粉末而成的导电性糊剂来形成的内部电极2而制作的积层型压电致动器中，使具有导电材料与压电材料的内部电极2的银的重量比率为Z(％)，在外部电极4中的银重量比率Y(％)与内部电极2中的银重量比率Z(％)下来形成积层型压电致动器，并验证Z/Y的值与积层型压电致动器的驱动之间的关联。制造方法与实施例五相同。
相对于上述那样得到的积层型压电致动器，施加185V的直流电压可知，在所有的试样中，都在积层方向上得到49μm的变位量。进而，在室温下以150Hz的频率对这些积层型压电致动器施加0～+185V的交流电场，进行循环5×108次的驱动试验。结果如表6所示。
表6
从该表6可知，因为试样号码27的其Z/Y的值比1.0大，所以内部电极2中的压电材料变少，内部电极2与压电体1的界面的紧贴强度变弱，所以在驱动中在内部电极2与压电体1的一部分上产生剥离，电压不能够供给到一部分的压电体1上，变位量降低。
又，因为试样号码28的其Z/Y的值比0.7小，所以内部电极2中的银的量变少，与外部电极4比较，内部电极2的电阻值变高，所以在高频率连续驱动的情况下，因该高电阻值所导致的电压下降就不能将充分的电压供给到压电体1中，使变位量降低。
相对于此，在试样号码24～26中，5×108次循环之后也能够得到49μm的变位量，未产生内部电极2与外部电极4的接点部的断线等的异常。
实施例七如下制作由本发明的积层型压电元件构成的积层型压电致动器。
首先，与实施例五同样地制作图1的积层体10，如图3A所示，利用切割装置在积层体10侧面的内部电极2的端部上每隔一层地形成深度50μm、宽度50μm的槽。
接着，混合平均粒径2μm的银粉末80～99.5％重量、与包含有氧化铅或者氧化铋的至少一种的、平均粒径2μm的玻璃粉末，进而，添加粘合剂，制作下层用银玻璃糊剂。同样地，在平均粒径2μm的银粉末中添加粘合剂，制作上层用银玻璃糊剂。
接着，利用丝网印刷以5～40μm的厚度将下层用银玻璃糊剂印刷到脱模薄膜上，在干燥后，利用丝网印刷以5～40μm的厚度将上层用银玻璃糊剂印刷到其上。在干燥了所述糊剂之后，从脱模薄膜剥离，从而得到糊剂板。其后，以下层用银玻璃糊剂成为积层体10表层侧的方式将所述糊剂板转印到积层体10侧面的对置的一对侧面上，在800℃下进行30分钟的烧结，从而形成外部电极4。另外，此时，以时间(分)来积分式1的Y得到的值是3240。
沿着图2B所示的线X利用EPMA来对内部电极2进行元素的定量分析可知，如图5所示，内部电极2导电材料中的银比率从连接于外部电极4上的连接部50μm附近朝向连接于外部电极4上的连接部地徐徐增加。
又，在内部电极2与外部电极4的接合部上，形成有内部电极2中的银-钯合金与外部电极4中的银相互扩散而得到的颈部4b，利用EPMA对该颈部4b进行分析可以确认，钯从内部电极2扩散。
又，在外部电极4的压电体侧表层部形成有玻璃成分偏集而得到的玻璃富集层。进而，包含于外部电极4中的玻璃成分实质地存在于积层体10表层侧的60％以下。
其后，将导线连接于外部电极上，利用导线对正极以及负极的外部电极施加15分钟3kV/mm的直流电场进行分极处理，从而制作如图1所示的积层型压电致动器。
实施例八在实施例八中，除了变化形成外部电极4的导电性糊剂的种类及其烧结温度以外，使用与实施例七相同的制造方法来制作多种积层型压电致动器。相对于得到的积层型压电致动器，对内部电极2导电材料的与外部电极4的连接部附近的银比率的、相对于积层体10内部的银比率的比进行分析。相对于上述那样得到的积层型压电致动器，施加185V的直流电压可知，在所有的积层型压电致动器中，都在积层方向上得到了49μm的变位。进而，在室温下以150Hz的频率对这些积层型压电致动器施加0～+185V的交流电场，进行循环2×108次的驱动试验。结果如表7所示。
表7
从该表7可知，因为比较例即试样号码31其内部电极2导电材料的与外部电极4的连接部附近的银比率的、相对于积层体10内部的银比率的比并不比1大，即与外部电极4的连接部附近的内部电极2导电材料中的银比率不比积层体10内部的内部电极2导电材料中的银比率大，所以内部电极2与外部电极4的接点部分的接合强度弱，因此，驱动中一部分的内部电极2与外部电极4的接点部分剥离，电压不能供给到一部分的压电体1中，变位性降低。
相对于此，本发明的实施例即试样号码29以及30其与外部电极4的连接部附近的内部电极2导电材料中的银比率比积层体10内部的内部电极2导电材料中的银比率大，所以内部电极2与外部电极4的接合强度高，在2×108循环之后也能够得到49μm的变位量，又，2×108循环之后也并没有在外部电极4上产生火花或者断线等的异常，从而作为积层型压电致动器具有好的耐久性。
实施例九在实施例九中，变化形成外部电极4的导电性糊剂的种类及其烧结温度，制作多种积层型压电致动器。试样号码16在外部电极4的积层体10表层部上没有玻璃富集层，试样号码17在外部电极4的厚度的积层体表层侧的95％存在玻璃成分。相对于得到的积层型压电致动器，施加185V的直流电压可知，所有的试样都能够在积层方向上得到49μm的变位量。进而，相对于这些积层型压电致动器，在室温下以150Hz的频率施加0～+185V的交流电场，进行循环5×108次的驱动试验。结果如表8所示。
表8
从表8可知，因为试样号码34在外部电极4的积层体10表层部不存在玻璃富集层，所以外部电极4的相对于积层体10的接合强度弱，驱动中外部电极4从积层体10剥离，电压不能够供给到一部分的压电体1上，从而变位特性降低。又，试样号码35在外部电极4厚度的积层体10表层侧的95％存在玻璃成分，所以连接固定导线的焊锡的相对于外部电极4的接合强度弱，从而驱动中导线6脱落。
相对于此，在试样号码32以及33中，5×108次循环之后也能够得到49μm的变位量，没有发生内部电极2与外部电极4的接点部的断线等的异常。
工业实用性本发明的积层型压电元件可以利用于压电变压器中。又，本发明的积层型压电元件可以利用于使用在机动车用燃料喷射装置、光学装置等的精密定位装置或者振动防止用的驱动元件等中的积层型压电致动器中。进而，通过使用本发明的积层型压电元件，就可以利用于机动车用燃料或者喷墨打印机的油墨等的喷射装置中。
权利要求
1.一种积层型压电元件，其包括压电体层与内部电极交替地积层而成的积层体、与分别形成于该积层体的第一侧面与第二侧面上的外部电极，邻接的内部电极中一方的内部电极在所述第一侧面与所述外部电极连接，另一方的内部电极在所述第二侧面与所述外部电极连接；其特征在于，所述内部电极中的金属组成物以元素周期表VIII族金属以及Ib族金属为主成分，该VIII族金属以及Ib族金属的含量，在设所述VIII族金属的含量为M1(％重量)、Ib族金属的含量为M2(％重量)时，以满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的方式设定。
2.如权利要求1所述的积层型压电元件，其特征在于，所述VIII族金属是Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中的至少一种以上，Ib族金属是Cu、Ag、Au中的至少一种以上。
3.如权利要求2所述的积层型压电元件，其特征在于，所述VIII族金属是Pt、Pd中的至少一种以上，Ib族金属是Ag、Au中的至少一种以上。
4.如权利要求2所述的积层型压电元件，其特征在于，所述Ib族金属是Cu。
5.一种积层型压电元件，其包括压电体层与内部电极交替地积层而成的积层体、与分别形成于该积层体的第一侧面与第二侧面上的外部电极，邻接的内部电极中一方的内部电极在所述第一侧面与所述外部电极连接，另一方的内部电极在所述第二侧面与所述外部电极连接；其特征在于，所述内部电极的电阻，比所述内部电极中的金属组成物成分全部由银构成时的元件电阻ρAg大，比金属组成物成分全部由钯构成时的元件电阻ρPd小。
6.如权利要求1～5中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，所述内部电极的电阻，比所述内部电极中的金属组成物成分全部由银构成时的内部电极的导电率σAg小，比金属组成物成分全部由钯构成时的内部电极的导电率σPd大。
7.如权利要求1～6中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，由构成所述内部电极的金属组成物成分构成的晶体粒子的最大直径为1μm以上的晶体粒子具有金属组成物的80％体积以上。
8.如权利要求1～7中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，在所述内部电极中添加有金属组成物以及无机组成物。
9.如权利要求8所述的积层型压电元件，其特征在于，所述无机组成物以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。
10.如权利要求1～9中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，所述压电体以钙钛矿型氧化物为主成分。
11.如权利要求10所述的积层型压电元件，其特征在于，所述压电体以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。
12.如权利要求1～11中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，所述积层体的烧结温度在900℃以上1000℃以下。
13.如权利要求1～12中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，所述内部电极中的组成的偏差在烧结前后为5％以下。
14.如权利要求3或5所述的积层型压电元件，其特征在于，所述外部电极由以银为主成分的导电材料与玻璃构成，在设所述内部电极中的、相对于导电材料整体的银重量比率为X(％)，设所述外部电极中的、相对于导电材料与玻璃的总重量的银的重量比率为Y(％)时，以满足X≥85且0.9≤X/Y≤1.1的方式，设定所述内部电极与所述外部电极的银比率。
15.如权利要求14所述的积层型压电元件，其特征在于，所述内部电极包含有压电材料，在设所述内部电极中的相对于包含有所述压电材料的总重量的银重量比率为Z(％)时，满足0.7≤Z/Y≤1.0。
16.如权利要求14或15中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，所述外部电极由构成三维网络构造的多孔质导电体构成。
17.如权利要求14至16中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，所述外部电极的空隙率是30～70％体积。
18.如权利要求14至17中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，用于所述外部电极中的玻璃的软化点(℃)是构成所述内部电极的导电材料的熔点(℃)的4/5以下。
19.如权利要求18所述的积层型压电元件，其特征在于，构成所述外部电极的玻璃为非晶质。
20.如权利要求14至19中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，所述外部电极的厚度比构成所述积层体的压电体的厚度薄。
21.如权利要求1～20中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，所述内部电极由以银为主成分且包含有钯或者铂的至少一种的导电材料构成，又，所述外部电极由以银为主成分的导电材料与玻璃成分构成，与所述外部电极连接的连接部附近的内部电极导电材料的银比率比积层体内部的内部电极导电材料的银比率大。
22.如权利要求21所述的积层型压电元件，其特征在于，所述内部电极导电材料中的银的比率随着接近外部电极而逐渐变大。
23.如权利要求21或22所述的积层型压电元件，其特征在于，所述内部电极导电材料中的银比率是85％重量以上。
24.如权利要求21至23中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，外部电极中的玻璃成分实质上存在于外部电极的厚度的积层体表层侧的80％以下的范围内。
25.如权利要求21至24中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，在外部电极中的玻璃成分中包含有氧化铅或者氧化铋。
26.如权利要求1～25中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，在所述外部电极与所述内部电极的接合部上，所述内部电极的导电材料成分扩散到所述外部电极中，形成有颈部。
27.如权利要求1～26中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，在所述外部电极的压电体侧表层部形成有玻璃富集层。
28.如权利要求1～27中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，所述内部电极包含有空隙，相对于所述内部电极的截面的整个截面积的、空隙所占有的面积比是5～70％。
29.如权利要求1～28中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，在所述第一侧面上，在所述另一方的内部电极的端部与所述外部电极之间形成有槽，在该槽内设置有绝缘体，在所述第二侧面上，在所述一方的内部电极的端部与所述外部电极之间形成有槽，在该槽内设置有绝缘体，所述绝缘体比所述压电体杨氏模量低。
30.如权利要求1～29中的任意一项所述的积层型压电元件，其特征在于，在所述外部电极的外表面设置有由埋设有金属的网状物或者网眼状的金属板的导电性粘接剂构成的导电性辅助部件。
31.如权利要求30所述的积层型压电元件，其特征在于，所述导电性粘接剂由分散有导电性粒子的聚酰亚胺树脂构成。
32.如权利要求31所述的积层型压电元件，其特征在于，所述导电性粒子是银粉末。
全文摘要
本发明提供一种即使在高电压、高压力下长时间连续驱动压电致动器的情况下，变位量也并不变化、耐久性好的积层型压电元件，其包括压电体层与内部电极交替地积层而成的积层体、与分别形成于该积层体的第一侧面与第二侧面上的外部电极，邻接的内部电极的一方的内部电极在第一侧面连接于外部电极，另一方的内部电极在第二侧面连接于外部电极；内部电极中的金属组成物以元素周期表VIII族金属以及Ib族金属为主成分，该VIII族金属以及Ib族金属的含量，以在使所述VIII族金属的含量为M1(％重量)、Ib族金属的含量为M2(％重量)时，满足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的方式设定。
文档编号H01L41/22GK1856887SQ200480027658
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月22日 优先权日2003年9月24日
发明者冈村健, 坂上胜伺, 中村成信 申请人:京瓷株式会社