JP5419976B2 - 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、圧電駆動素子（圧電アクチュエータ），圧力センサ素子および圧電回路素子等として用いられる積層型圧電素子に関する。

従来の積層型圧電素子は、例えば、圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、その積層体の側面に接合されて内部電極層に電気的に接続された、導電性粒子およびガラスの焼結体から成る外部電極とを含む構成を有している。その外部電極としては、特許文献１に開示されているように、銀等の導電性粒子とガラスとを含む導電性ペーストを塗布し焼成したものが用いられている。この導電性ペーストが積層体の側面に塗布され、焼成されることによって外部電極が形成される。この外部電極の表面に、外部電極へ電圧を印加するための外部リード部材を、半田，導電性接着剤等を用いて接続し固定している。

特許第４１５８３３８号

しかしながら、特許文献１に記載された積層型圧電素子においては、それが自動車の内燃機関等の燃料噴射装置（インジェクタ）に用いられる場合、すなわち、高電界および高圧力が長時間加わった状態で連続駆動されるような過酷な条件下での使用の場合、外部電極の一部が積層体の側面から剥離し、その結果、一部の圧電体層に電圧が供給されなくなり、変位特性が低下するといった問題点が生じるおそれがあった。

この原因としては、例えば、銀粒子を９７質量％、ガラスを３質量％含む銀含有導電性ペースト（ガラスを微量成分として含む銀含有導電性ペースト）を用いて、積層体の側面に外部電極を形成したために、積層体との接合を担うガラスの量が少なくなり、外部電極と積層体との接合強度が弱くなったことが考えられる。加えて、外部電極の表面にガラスが多く存在し、そのために外部リード部材を外部電極の表面に半田を介して固定する際に、半田の濡れ性が悪くなる。その結果、半田による外部リード部材の固定の作業時間が長くなって積層体に熱が長時間加わり、外部電極と積層体の側面との接合面にマイクロクラックが発生し、外部電極と積層体の側面との接合強度が著しく低下することが原因と考えられる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、外部電極と積層体との接合強度を強固なものにするとともに、半田の濡れ性が良好な外部電極を備えた積層型圧電素子を提供することである。

本発明の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層に電気的に接続された、導電性粒子およびガラスの焼結体から成る外部電極とを含む積層型圧電素子であって、前記外部電極は、前記積層体側に位置し、ガラスを副成分として含有している積層体側層領域と、表面側に位置し、ガラスを微量成分として含有している表面側層領域とを有しており、前記積層体側層領域と前記表面側層領域とが互いに当接していて、前記表面側層領域の前記最表面を含む露出面では前記導電性粒子の粒界に沿って前記ガラスが分布しており、前記積層体側層領域の露出面では前記導電性粒子を被覆するように前記ガラスが分布していることを特徴とするものである。

また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記積層体側層領域における前記ガラスの含有量が５質量％乃至20質量％であり、前記表面側層領域における前記ガラスの含有量が0.01質量％乃至５質量％であることを特徴とするものである。

また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記積層体側層領域が含有している前記ガラスおよび前記表面側層領域が含有している前記ガラスは、いずれも鉛元素を含んでいることを特徴とするものである。

また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記積層体側層領域が含有している前記ガラスは、さらに珪素元素を含んでいることを特徴とするものである。

また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記積層体側層領域の前記積層体との界面近傍に前記ガラスが偏在しているガラス層領域があることを特徴とするものである。

また、本発明の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層に電気的に接続された、導電性粒子およびガラスの焼結体から成る外部電極とを含む積層型圧電素子であって、前記外部電極は、前記積層体側に位置し、ガラスを副成分として含有している積層体側層領域と、表面側に位置し、ガラスを微量成分として含有している表面側層領域とを有しており、前記積層
体側層領域と前記表面側層領域とが互いに当接していて、前記表面側層領域の前記最表面を含む露出面および前記積層体側層領域における前記表面側層領域との当接面では、前記導電性粒子の粒界に沿って前記ガラスが分布していることを特徴とするものである。

本発明の噴射装置は、噴射孔を有する容器と、上記本発明の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とするものである。

本発明の燃料噴射システムは、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する上記本発明の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とするものである。

本発明の積層型圧電素子によれば、圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、その積層体の側面に接合されて内部電極層に電気的に接続された、導電性粒子およびガラスの焼結体から成る外部電極とを含む積層型圧電素子であって、外部電極は、積層体側に位置し、ガラスを副成分として含有している積層体側層領域と、表面側に位置し、ガラスを微量成分として含有している表面側層領域とを有していることから、外部電極と積層体の側面との接合強度を強固なものとするとともに、外部電極の表面の半田濡れ性を良好なものとすることができる。

即ち、積層体を構成する圧電体層と接合強度の高いガラスを副成分として含有している領域を、積層体側層領域として外部電極の積層体側に形成することにより、外部電極と積層体との接合強度を飛躍的に向上させることができる。一方、外部電極の表面側にはガラス成分を微量しか含まない表面側層領域を形成しておくことにより、半田に対して濡れ性の良好な表面を有する外部電極を形成することができる。これにより、外部リード部材を外部電極の表面に半田を介して固定する場合の作業時間を大幅に短縮することができる。その結果、半田付け時の熱によって、外部電極と積層体の側面との接合界面に外部電極と積層体との熱膨張差によりマイクロクラックが発生することを有効に抑えることができ、外部電極と積層体の側面との接合強度の低下を抑えることができる。

これにより、自動車の内燃機関の燃料噴射装置（インジェクタ）等における使用、すなわち、高電界および高圧力が長時間加わった状態で連続駆動されるような過酷な条件下での使用においても、外部電極の一部が積層体の側面から剥離し、一部の圧電体層に電圧が印加されなくなり、積層体の変位量が低下することを抑制することができる。

また、本発明の積層型圧電素子は、外部電極の表面側層領域の最表面において、導電性粒子の粒界に沿ってガラスが分布しているので、半田の濡れ性を低下させることなく、外部電極を構成する導電性粒子のマイグレーションを抑えることができる。これは、以下の理由による。

外部電極を構成する導電性粒子のマイグレーションは、不完全な結晶性の粒界部分において導電性粒子がイオン化することにより発生し始める。そこで、イオン化の発生しやすい粒界部分にガラスを分布させることにより、導電性粒子とガラスとが結合することになり、導電性粒子のイオン化エネルギーを大きくすることができる。その結果、導電性粒子のイオン化によって生じるマイグレーションの発生を抑制することができる。なお、粒界部分にガラス成分を偏在させておくことにより、半田の濡れ性を低下させることはない。

これにより、高い湿度の雰囲気下で長期間にわたって連続駆動させた場合においても、外部電極を構成する導電性粒子がマイグレーションを起こし、外部電極と積層体の側面における異極の内部電極層との間でスパークが生じることを抑えることができる。

さらに、表面側層領域の最表面において、導電性粒子の粒界に沿ってガラスを分布させているので、外部電極に大きな引っ張り応力が生じた場合、粒界に分布しているガラスの部分に優先的にクラックが生じ、応力緩和することができる。そのため、積層型圧電素子に高電界を印加して、高変位させて駆動させる場合においても、外部電極の導電性粒子にクラックが生じることがなく、外部電極が電気的に断線するのを防ぐことができる。

また、本発明の積層型圧電素子は、積層体側層領域におけるガラスの含有量が５質量％乃至20質量％であるときには、外部電極と積層体との接合強度をより向上させるとともに、外部電極の抵抗値を低く保ち、内部電極層との電気的な接続が良好な外部電極を形成することができる。すなわち、外部電極の積層体側層領域において、圧電体層との濡れ性が高く、圧電体層との接合強度の高いガラスの含有量を５質量％以上としておくことにより、外部電極と積層体との接合強度を飛躍的の向上させることができる。また、外部電極の積層体側層領域におけるガラスの含有量を20質量％以下としておくことにより、外部電極の抵抗値が高くなって、大電流を流して高速で駆動させる場合に外部電極（特に内部電極層と外部電極の接合部分）が局所発熱を起こし、スパークが発生することを抑えることができる。

また、外部電極の表面側層領域におけるガラスの含有量が0.01質量％乃至５質量％であるときには、半田の濡れ性を低下させることなく、外部電極を構成する導電性粒子のマイグレーションを抑えることができる。すなわち、外部電極の表面側層領域におけるガラスの含有量を0.01質量％以上としておくことにより、外部電極の表面側層領域の最表面において、導電性粒子の粒界に沿って選択的にガラスを分布させておくことができるため、半田の濡れ性を低下させることなく、外部電極を構成する導電性粒子のマイグレーションを抑えることができる。また、外部電極の表面側層領域におけるガラスの含有量を５質量％以下としておくことにより、半田濡れ性の良好な外部電極の表面とすることができる。

また、本発明の積層型圧電素子は、外部電極の積層体側層領域が含有しているガラスおよび表面側層領域が含有しているガラスは、いずれも鉛元素を含んでいるときには、外部電極と積層体層との接合を強固なものとし、耐マイグレーション性の高い外部電極の表面とすることができる。これは、積層体側層領域に含まれるガラスが鉛元素を含有していることによって、外部電極と圧電体層との接合強度が向上するためである。特に、圧電体層の材質が、鉛元素を含むＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である場合、特に接合用度を高くすることができる。

一方、外部電極の表面側層領域に含まれるガラスが鉛元素を含有していることによって、外部電極に含まれる導電性粒子とガラスの低融点化合物が形成されやすくなり、500℃〜700℃の低温で外部電極となる導電性ペーストの焼き付けを行なうことにより、粒界に選択的に鉛元素と導電性粒子との反応相を形成することができ、導電性粒子のマイグレーションを抑えることができる。特に導電性粒子が、主成分が銀であるものである場合には有効である。

また、導電性粒子が銀を主成分とするものである場合、空気中の硫黄による外部電極の硫化に対しても有効である。すなわち、鉛元素を含有するガラスが表面側層領域の最表面における導電性粒子の粒界に存在することにより、外部電極の硫化および硫化による変色を抑えることができる。

また、ガラスが鉛元素を含有していることにより、ガラスの軟化点を大きく低下させることができるため、外部電極となる導電性ペーストの焼き付け温度を低くすることができる。その結果、焼き付け時のヒートショックによって、積層体と外部電極との界面に残留応力が生じ、駆動時に外部電極が積層体の側面から剥離することを抑えることができる。

また、本発明の積層型圧電素子は、積層体側層領域が含有しているガラスは、さらに珪素元素を含んでいるときには、外部電極の積層体側層領域に含まれるガラスと圧電体層との接合強度を向上させることができるため、長期間の連続駆動によって外部電極が積層体の側面から剥離することを抑えることができる。

また、本発明の積層型圧電素子は、積層体側層領域の積層体との界面近傍にガラスが偏在しているガラス層領域があるときには、ガラス層領域により外部電極と積層体の側面とのガラスによる接合部分の面積が増大するため、積層体の側面と外部電極との接合強度を飛躍的に向上させることができる。

また、本発明の積層型圧電素子は、積層体側層領域と表面側層領域とが互いに当接していて、表面側層領域の最表面を含む露出面で導電性粒子の粒界に沿ってガラスが分布していることで、外部電極へのリード取り付け時のヒートショックを表面側層領域で緩和して、積層体側層領域への応力伝達を抑制することができるので、積層型圧電素子のヒートショックを極めて小さくすることができる。また、外部電極に大きな引っ張り応力が生じた場合に、表面側層領域の露出面の粒界に分布しているガラスの部分に優先的にクラックが生じることで、応力を緩和することができる。そのため、積層体側層領域への応力伝達を抑制することができるので、積層型圧電素子に高電界を印加して、高変位させて駆動させる場合においても、安定した駆動が可能となる。

また、本発明の積層型圧電素子は、積層体側層領域の露出面で導電性粒子を被覆するようにガラスが分布していることで、外部電極へのリード取り付け時の半田やろう材が表面側層領域のみに形成されるため、リードの引っ張りが生じても、外部電極と積層体との境目に応力集中することがなく、積層体にクラックが生じたりすることもなくなり、安定した駆動が可能となる。

また、本発明の積層型圧電素子は、積層体側層領域における表面側層領域との当接面で導電性粒子の粒界に沿ってガラスが分布していることで、積層体側層領域を構成する導電性粒子と表面側層領域を構成する導電性粒子との強固な接合を可能にするとともに、これらの導電性粒子同士の電気伝導および熱伝導を両立するので、積層型圧電素子に高電界を印加して、高変位させて駆動させる場合においても、外部電極内部に局所発熱する箇所が発生せず、積層型圧電素子を安定駆動させることができる。
を特徴とするものである。

本発明の噴射装置によれば、噴射孔を有する容器と、上記本発明の積層型圧電素子とを備え、容器内に蓄えられた流体が積層型圧電素子の駆動により噴射孔から吐出されることから、積層型圧電素子における積層体の側面から外部電極が剥離することを抑えることができるので、流体の所望の噴射を長期にわたって安定して行なうことができる。

本発明の燃料噴射システムによれば、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射する上記本発明の噴射装置と、コモンレールに高圧燃料を供給する圧力ポンプと、噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことから、高圧燃料の所望の噴射を長期にわたって安定して行なうことができる。

本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す斜視図である。 図１に示す積層型圧電素子の積層方向に平行な断面における断面図である。 図１に示す積層型圧電素子における積層体と外部電極との接合界面近傍の拡大断面図である。 （ａ）は、図１に示す積層型圧電素子における外部電極の表面側層領域の最表面近傍の拡大断面図、（ｂ）は、（ａ）における粒界部分Ａの拡大断面図である。 図１に示す積層型圧電素子における外部電極の表面側層領域の最表面の拡大平面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す積層型圧電素子の積層方向に垂直な断面における断面図である。 本発明の噴射装置の実施の形態の一例を示す概略的な断面図である。 本発明の燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略的なブロック図である。

以下、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す積層型圧電素子の積層方向に平行な断面における断面図である。図３は、図１に示す積層型圧電素子における積層体と外部電極との接合界面近傍の拡大断面図である。

図３に示すように、本実施の形態の積層型圧電素子１は、圧電体層３と内部電極層５とが交互に積層された積層体７と、この積層体７の側面に接合されて内部電極層５に電気的に接続された、導電性粒子およびガラスの焼結体から成る外部電極８とを含む積層型圧電素子１であって、外部電極８は、積層体７側に位置し、ガラスを副成分として含有している積層体側層領域８ａと、表面側に位置し、ガラスを微量成分として含有している表面側層領域８ｂとを有している。また、外部電極８の表面には半田10を介して外部リード部材９が接続されている。

上記の構成により、積層体７との接合面側に位置している積層体側層領域８ａが、圧電体層３と濡れ性が良く接合強度の高いガラスを副成分として含有しているため、外部電極８と積層体７との接合強度を高く維持することができる。一方、表面側層領域８ｂには半田濡れ性を阻害するガラスが微量成分として含有されているため、半田濡れ性が低下することはなく、良好な濡れ性でもって半田10を介して外部リード部材９を外部電極８に接続することができる。これにより、半田付けの時間を短時間にすることができ、半田付け時の熱によって外部電極８と積層体７との接合界面に、熱応力によってクラックが生じることを抑えることができる。

従って、積層体側層領域８ａおよび表面側層領域８ｂが有する効果により、積層型圧電素子１を高速で連続駆動させた場合においても、外部電極８が積層体７から剥離し、一部の圧電体層３に電圧が供給されなくなって変位特性が低下したり、外部電極８と内部電極層５との接続部でスパークが生じたりすることを抑えることができる。

積層体側層領域８ａの厚みは１〜20μｍ程度が好ましい。この範囲内とすることにより、圧電体３との濡れ性が良く、接合強度の高いガラスが十分に存在するため、外部電極８と積層体７との接合強度を高く維持する効果がより高まり、また、ガラスを副成分として含有する積層体側層領域８ａが必要以上に厚く存在しないため、外部電極８の高抵抗な部分の割合を小さくでき、積層型圧電素子１を高速で駆動させる場合に流れる大電流によって積層体側層領域８ａが局所発熱することを抑えることができる。

表面側層領域８ｂの厚みは0.1〜15μｍ程度が好ましい。この範囲内とすることにより、良好な濡れ性でもって半田10を介して外部リード部材９を外部電極８に接続する効果がより高まり、導電性粒子11のマイグレーションを有効に抑えることができる。

外部電極８において積層体側層領域８ａおよび表面側層領域８ｂを形成する方法としては、それぞれガラスの含有量の異なる導電性ペーストによって、印刷および焼き付け処理を行なうという方法がある。

また、図４および図５に示すように、表面側層領域８ｂの最表面において、導電性粒子11の粒界11ａに沿ってガラス12が分布している。これにより、半田10の濡れ性を低下させることなく、外部電極８を構成する導電性粒子11のマイグレーションを抑えることができる。すなわち、導電性粒子11の結晶的に不完全な部分である粒界11ａ部分にガラス12を分布させておくことにより、導電性粒子11とガラス12とが結合することにより、導電性粒子11のイオン化エネルギーが大きくなる。その結果、導電性粒子11が粒界11ａ部分からイオン化するのを抑えることができる。これにより、高い湿度の雰囲気下で積層型圧電素子１を駆動させた場合においても、外部電極８がマイグレーションを起こして外部電極８と積層体７の側面における異極の内部電極層５との間でスパークが発生することを抑えることができる。

さらに、表面側層領域８ｂの最表面において、導電性粒子11の粒界11ａに沿ってガラス12を分布させていることで、外部電極８に大きな引っ張り応力が生じた場合、粒界11ａに分布しているガラス12の部分に優先的にクラックが生じ、応力を緩和することができる。そのため、積層型圧電素子１に高電界を印加して、高変位させて駆動させる場合においても、外部電極８の導電性粒子11にクラックが生じることがなく、外部電極８が電気的に断線することを抑えることができる。

なお、導電性粒子11の粒界11ａに沿ってガラス12が分布しているとは、図４に示すように、表面側層領域８ｂの最表面において導電性粒子11を被覆しないようにガラス12が分布していることを意味する。

表面側層領域８ｂの最表面におけるガラス12の占める面積比率は、0.1〜10％であることが好ましい。この範囲内とすることにより、半田10の濡れ性を低下させることなく、外部電極８を構成する導電性粒子11のマイグレーションを抑えることができる。

ここで、外部電極８を構成する導電性粒子11の材料としては、銀，金，ニッケル，銅，パラジウムなどの金属またはそれらの合金などを用いることができる。低抵抗で、耐酸化性に優れ、比較的安価であるという点から、銀が好ましい。

導電性粒子11の平均粒径は0.5〜５μｍ程度が好ましい。この範囲内とすることにより、外部電極８が緻密化によって、低抵抗になるとともに、表面側層領域８ｂの表面において、粒界11ａの存在量が適度になり、その粒界11ａの部分に存在するガラス12による応力緩和によって、外部電極８に大きな引っ張り応力が生じた場合でも、粒界11ａに分布しているガラス12の部分に優先的にクラックが生じ、応力を緩和することができる。導電性粒子11の平均粒径が５μｍよりも大きい場合には、導電性粒子11の粒径が大きいために粒界11ａの存在量が少なくなってしまうために、外部電極８に大きな引っ張り応力が生じた場合に導電性粒子11の内部にクラックが生じ、外部電極８においてスパークが発生してしまう可能性がある。

また、積層体側層領域８ａに副成分として含有されるガラスの含有量は、５質量％乃至20質量％が好ましい。積層体側層領域８ａに副成分として含有されるガラスの含有量を、５質量％以上とすることにより、積層体側層領域８ａに圧電体層３との濡れ性が良く接合強度の高いガラスが十分にあるため、外部電極８と積層体７との接合強度を高く維持することができる。一方、積層体側層領域８ａに副成分として含有されるガラスの含有量を、20質量％以下とすることにより、外部電極８の抵抗を低く維持することができ、大電流を流して積層型圧電素子１を高速で駆動させる場合においても、外部電極８（特に外部電極８と内部電極層５との接続部分）が局所発熱を起こして、外部電極８と内部電極層５との接続部でスパークが発生するとことを抑えることができる。

さらに、表面側層領域８ｂに微量成分として含有されるガラスの含有量は、0.01質量％乃至５質量％が好ましい。表面側層領域８ｂに微量成分として含有されるガラスの含有量を0.01質量％以上としておくことにより、表面側層領域８ｂの最表面において、導電性粒子11の粒界11ａ部分に沿って選択的にガラス12を分布させておくことができるため、外部電極８を構成する導電性粒子11のマイグレーションを有効的に抑えることができる。一方、表面側層領域８ｂに微量成分として含有されるガラスの含有量を５質量％以下としておくことにより、表面側層領域８ｂの最表面に分布するガラス12の量を少なくすることができるため、半田10の濡れ性を低下させることはない。

また、外部電極８における積層体側層領域８ａと表面側層領域８ｂとの間の領域に含まれるガラスの含有量は、積層体側層領域８ａに含まれるガラスの含有量と表面側層領域８ｂに含まれるガラスの含有量の間の含有量であることが好ましい。この構成により、外部電極８の積層体側から表面側にかけて、ガラスの含有量を徐々に変化させることができるので、積層体７の伸縮によって外部電極８に生じる応力を分散することができる効果がある。

積層体側層領域８ａに副成分として含有されるガラスの含有量、および表面側層領域８ｂに微量成分として含有されるガラスの含有量は、それらを形成するために用いる導電性ペーストに含まれるガラスの含有量を調整するという方法等によって調整することができる。

また、積層体側層領域８ａに副成分として含有されるガラスおよび表面側層領域８ｂに微量成分として含有されるガラスは、例えば、珪素，硼素，鉛，カリウム，ナトリウム，バリウム，亜鉛，リン，アルミニウム，マグネシウム，ビスマス等の元素を含むガラスである。

また、外部電極８の積層体側層領域８ａが含有しているガラスおよび表面側層領域８ｂが含有しているガラスは、いずれも鉛元素を含んでいることが好ましい。

積層体側層領域８ａに含まれるガラスが鉛元素を含む場合、鉛元素は積層体７を構成する圧電体層３との接合強度が強いため、外部電極８と積層体７との接合強度を強固なものとすることができる。特に、圧電体層３の材質が鉛元素を含むチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である場合には、圧電体層３も主成分の一つとして鉛元素を含むため、積層体側層領域８ａに含まれるガラスが鉛元素を含有することにより、特に接合強度を向上させることができる。また、圧電体層３の主成分の一つである鉛元素を、積層体側層領域８ａに含まれるガラスが含んでいるので、圧電体層３の圧電特性の低下を抑えることができる。

外部電極８の積層体側層領域８ａが含有しているガラスに含まれる鉛元素の含有量は酸化物量換算で30〜70質量％であることが好ましい。この範囲内とすることにより、外部電極８と積層体７との接合強度をより強固なものとすることができ、また、ガラスそのものの強度を低下させないという効果がある。

外部電極８の積層体側層領域８ａが含有しているガラスに含まれる鉛元素の含有量の調整は、ガラスの組成を調整する際に各成分の含有率を調整することによって行なうことができる。

また、表面側層領域８ｂに含まれるガラスは、鉛元素を含むことが好ましい。この場合、外部電極８を構成する導電性粒子とガラスが低融点の化合物を作りやすいため、500〜700℃の低温で外部電極８となる導電性ペーストの焼き付け処理を行なうことにより、粒界に選択的に鉛元素と導電性粒子11との反応相を形成することができ、導電性粒子11のマイグレーションを有効に抑えることができる。特に、外部電極８を構成する導電性粒子11の主成分が銀である場合、鉛元素と銀とが低融点の化合物を作りやすいため、導電性粒子11のマイグレーションの抑制に有効である。また、外部電極８を構成する導電性粒子11の主成分が銀である場合、粒界部分に導電性粒子11とガラスとの反応相を形成しておくことにより、空気中の硫黄による銀の硫化を有効的に抑えることができる。また、ガラスが鉛元素を含有することにより、ガラスの軟化点を大きく低下させることができるため、外部電極８となる導電性ペーストの焼き付け処理の温度を低くすることができる。そのため、外部電極８となる導電性ペーストの焼き付け処理時のヒートショックによって積層体７と外部電極８との接合界面に残留応力が生じ、積層型圧電素子１の駆動時に外部電極８が積層体７から剥離することを抑えることができる。

外部電極８の表面側層領域８ｂが含有しているガラスに含まれる鉛元素の含有量は酸化物量換算で、70〜98質量％であることが好ましい。この範囲内とすることにより、導電性粒子11のマイグレーションをより有効に抑えることができ、また、焼き付け温度を低温にすることができるため、ヒートショックによる外部電極８と積層体７との界面に生じるクラックの発生を抑えることができる。

外部電極８の表面側層領域８ｂが含有しているガラスに含まれる鉛元素の含有量の調整は、ガラスの組成を調整する際に各成分の含有率を調整することによって行なうことができる。

また、積層体側層領域８ａに含まれるガラスが珪素元素を含有することが好ましい。この場合、ガラスと圧電体層３との接合強度を向上させることができるため、積層型圧電素子１の長期間の駆動によっても外部電極８が積層体７側面から剥離することを抑えることができる。

外部電極８の積層体側層領域８ａが含有しているガラスに含まれる珪素元素の含有量は酸化物量換算で30〜70質量％であることが好ましい。この範囲内とすることにより、ガラスと圧電体層３との接合強度をより向上させることができ、また、焼き付け温度が高温にならないために、焼き付け時の温度による圧電特性の変動や、ヒートショックによる外部電極８と積層体７との界面に生じるクラックの発生を抑えることができる。

外部電極８の積層体側層領域８ａが含有しているガラスに含まれる珪素元素の含有量の調整は、ガラスの組成を調整する際に各成分の含有率を調整することによって行なうことができる。

また、積層体側層領域８ａの積層体７との接合界面近傍に、ガラスが偏在しているガラス層領域があることが好ましい。この場合、ガラス層領域が圧電体層３との接合強度が高いために外部電極８と積層体７との接合強度が高くなることに加えて、ガラス層領域を形成しておくことにより、ガラスと圧電体層３との接合面積が向上するため、外部電極８と積層体７との接合強度を飛躍的に向上させることができる。

ガラス層領域の厚みは0.1〜３μｍ程度が好ましい。この範囲内とすることにより、外部電極８と積層体７との接合強度を高く維持する効果がより高まり、また、内部電極層５と外部電極７との接合を良好に維持することができる。

このガラス層領域は、積層体側層領域８ａを形成するための導電性ペーストに圧電体層３と濡れ性の良いガラスを含有させておき、そのガラスの軟化点以上の温度で焼き付け処理を行なうという方法等によって形成することができる。

また、本発明は、図３に示す実施の形態に限らず、図６に示すように積層体側層領域８ａと表面側層領域８ｂとが互いに当接していて、表面側層領域８ｂの最表面を含む露出面81ｂにおいて、図４に示すように導電性粒子11の粒界11ａに沿ってガラスが分布しているものであってもよい。このような構成とすることで、外部電極８へのリード取り付け時のヒートショックを表面側層領域８ｂで緩和して、積層体側層領域８ａへの応力伝達を抑制することができるので、積層型圧電素子１のヒートショックを極めて小さくすることができる。また、外部電極８に大きな引っ張り応力が生じた場合に、表面側層領域８ｂの露出面81ｂの粒界に分布しているガラス12の部分に優先的にクラックが生じることで、応力を緩和することができる。そのため、積層体側層領域８ａへの応力伝達を抑制することができるので、積層型圧電素子１に高電界を印加して、高変位させて駆動させる場合においても、安定した駆動が可能となる。

ここで、積層体側層領域８ａの露出面81ａでは、導電性粒子を被覆するようにガラス12が分布しているのが好ましい。積層体側層領域８ａの露出面81ａで導電性粒子を被覆するようにガラス12が分布していることで、外部電極８へのリード取り付け時の半田やろう材が表面側層領域８ｂのみに形成されるため、リードによる外部電極の引っ張りが生じても、外部電極８と積層体７との境目に応力集中することがなく、積層体７にクラックが生じたりすることもなくなり、安定した駆動が可能となる。

さらに、積層体側層領域８ａにおける表面側層領域８ｂとの当接面82ａでは、導電性粒子11の粒界11ａに沿ってガラス12が分布しているのが好ましい。積層体側層領域８ａにおける表面側層領域８ｂとの当接面82ａにおいて、導電性粒子11の粒界11ａに沿って部分的にガラス12が分布していることで、積層体側層領域８ａを構成する導電性粒子11と表面側層領域８ｂを構成する導電性粒子11との強固な接合を可能にするとともに、これらの導電性粒子11同士の電気伝導および熱伝導を両立するので、積層型圧電素子１に高電界を印加して、高変位させて駆動させる場合においても、外部電極８の内部に局所発熱する箇所が発生せず、積層型圧電素子１を安定駆動させることができる。

なお、図６に示すように、積層体側層領域８ａと表面側層領域８ｂとが互いに当接した構成の外部電極８においても、積層体側層領域８ａの積層体７との接合界面近傍に、ガラスが偏在しているガラス層領域８ｃが形成されていてもよい。また、図６に示すように、表面側層領域８ｂの幅が積層体側層領域８ａの幅よりも狭くなるように形成されていてもよい。

次に、本実施の形態の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。

まず、圧電体層３となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーを用いてセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。

次に、内部電極層５となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極層５のパターンで塗布する。さらに、この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、900〜1200℃の温度で焼成することによって、交互に積層された圧電体層３および内部電極層５を備えた積層体７を作製する。

なお、積層体７は、上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、圧電体層３と内部電極層５とを交互に複数積層してなる積層体７を作製できれば、どのような製造方法によって作製されてもよい。

次に、焼成して得られた積層体７に、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施す。

その後、銀を主成分とする導電性粒子11と、鉛元素および珪素元素と、副成分の含有量（好ましくは５乃至20質量％）のガラスとを混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した銀ガラス含有導電性ペースト（導電性ペーストＡ）を、外部電極８のパターンで積層体７の側面にスクリーン印刷法等によって印刷する。導電性ペーストＡを乾燥させた後、650〜750℃の温度で焼き付け処理を行ない、外部電極８の積層体側層領域８ａを形成する。このとき、導電性ペーストＡに含まれるガラスとして、圧電体層３と濡れ性がよい鉛元素および珪素元素を含み、軟化点が焼き付け処理の温度以下のガラスを用いることにより、積層体側層領域８ａの積層体７との界面近傍にガラスが偏在しているガラス層領域を形成することができる。

その後、積層体側層領域８ａの表面上に、銀を主成分とする導電性粒子11と、鉛元素と、微量成分の含有量（好ましくは0.01乃至５質量％）のガラスとを混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した銀ガラス含有導電性ペースト（導電性ペーストＢ）をスクリーン印刷法等によって印刷する。導電性ペーストＢを乾燥させた後、550〜650℃の温度で焼き付け処理を行ない、積層体側層領域８ａの上に表面側層領域８ｂを形成することができる。このとき、導電性ペーストＢに含まれるガラスとして、銀の導電性粒子11と低融点化合物を形成しやすい鉛元素を含み、銀の導電性粒子11と混合した際の軟化点が焼き付け処理の温度以下のガラスを用いることにより、比較的低温の550〜650℃の温度で焼き付け処理を行なうことができ、導電性粒子11の粒界に沿って、鉛元素を含んだガラスを分布させることができる。

また、上述した外部電極８の形成方法においては、導電性ペーストＡ，Ｂの２種類の導電性ペーストを用いて形成したが、導電性ペーストＡの層と導電性ペーストＢの層と間に、それらと組成の異なる銀ガラス導電性ペースト（導電性ペーストＣ）を塗布印刷し、焼き付け処理を行なっても良い。この場合、積層体側層領域８ａと表面側層領域８ｂとの間に、それらと組成の異なる中間層が形成される。

また、上述した外部電極８の形成方法においては、導電性ペーストＡの焼き付け処理と導電性ペーストＢの焼き付け処理とをそれぞれ別に行なったが、積層体側層領域８ａと表面側層領域８ｂとを同時に形成できる厚みの範囲内であれば、導電性ペーストＡを印刷し乾燥させてその層を形成し、その表面に導電性ペーストＢを印刷し乾燥させてその層を形成し、その後、それらの層に同時に焼き付け処理を施しても構わない。

さらに、図６のような構成とするには、導電性ペーストＡを印刷して焼き付ける時の酸素分圧よりも、導電性ペーストＢを印刷して焼き付ける時の酸素分圧をあげることで、外部電極８表面でのガラスの拡散速度を低下させることを利用すれば良い。この方法により、導電性ペーストＡを焼き付けた直後には、積層体側層領域８ａの表面（露出面81ａおよび表面側層領域８ｂとの当接面）に導電性粒子11を被覆するようにガラス12が分布していたものが、その上面に導電性ペーストＢを印刷して焼き上げると、導電性ペーストＡと導電性ペーストＢとの界面（積層体側層領域８ａにおける表面側層領域８ｂとの当接面82ａ）部分のガラス12が導電性ペーストＢの表面まで拡散し、導電性粒子11の粒界11ａに沿ってガラス12が分布している露出面81ｂを有する表面側層領域８ｂを形成することができる。

酸素分圧を制御するには、焼付け時の雰囲気ガスの酸素流量を増減する方法や、焼付け時に雰囲気ガスの酸素を消費するカーボン量を増減する方法がある。例えば、導電性ペースト中の樹脂成分を多くすれば、焼付け時のカーボン量が多いので、酸素消費量が多くなり、酸素分圧は小さくなる。

なお、酸素分圧を制御する方法は、他の一般的な製法であれば、上記の製法に限定しない。

次に、半田10を介して外部リード部材９を外部電極８の表面に接続し固定する。その後、外装樹脂（図示せず）となるシリコーン樹脂を含む樹脂溶液に、外部リード部材９を接続した積層体７を浸漬する。そして、樹脂溶液を真空脱気することにより、積層体７の外周側面にシリコーン樹脂を密着させ、その後、樹脂溶液から積層体７を引き上げる。これにより、外部電極８の表面に外部リード部材９を接続固定した積層体７の側面にシリコーン樹脂層がコーティングされる。

その後、一対の外部電極８にそれぞれ接続した外部リード部材９に0.1〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体７を構成する圧電体層３を分極することによって、積層型圧電素子１が完成する。この積層型圧電素子１は、外部リード部材９を介して外部電極８と外部の電源とを接続して、圧電体層３に電圧を印加することにより、各圧電体層３を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。これにより、例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能させることが可能となる。

次に、本発明の噴射装置の実施の形態の例について説明する。図７は、本発明の噴射装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。

図７に示すように、本実施の形態の噴射装置19は、一端に噴射孔21を有する収納容器（容器）23の内部に上記の本実施の形態の積層型圧電素子１が収納されている。

収納容器23内には、噴射孔21を開閉することができるニードルバルブ25が配設されている。噴射孔21には流体通路27がニードルバルブ25の動きに応じて連通可能になるように配設されている。この流体通路27は外部の流体供給源に連結され、流体通路27に常時高圧で流体が供給されている。従って、ニードルバルブ25が噴射孔21を開放すると、流体通路27に供給されていた流体が外部または隣接する容器、例えば内燃機関の燃料室（不図示）に、噴射孔21から吐出されるように構成されている。

また、ニードルバルブ25の上端部は内径が大きくなっており、収納容器23に形成されたシリンダ29と摺動可能なピストン31になっている。そして、収納容器23内には、上述した本実施の形態の積層型圧電素子１が収納されている。

このような噴射装置19では、積層型圧電素子１が電圧を印加されて伸長すると、ピストン31が押圧され、ニードルバルブ25が噴射孔21に通じる流体通路27を閉塞し、流体の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると積層型圧電素子１が収縮し、皿バネ33がピストン31を押し返し、流体通路27が開放され噴射孔21が流体通路27と連通して、噴射孔21から流体の噴射が行なわれるようになっている。

なお、積層型圧電素子１に電圧を印加することによって流体通路27を開放し、電圧の印加を停止することによって流体通路27を閉鎖するように構成してもよい。

また、本実施の形態の噴射装置19は、噴射孔を有する容器23と、本実施の形態の積層型圧電素子１とを備え、容器23内に充填された流体を積層型圧電素子１の駆動により噴射孔21から吐出させるように構成されていてもよい。すなわち、積層型圧電素子１が必ずしも容器23の内部にある必要はなく、積層型圧電素子１の駆動によって容器23の内部に流体の噴射を制御するための圧力が加わるように構成されていればよい。なお、本実施の形態の噴射装置19において、流体とは、燃料，インク等の他、導電性ペースト等の種々の液体および気体が含まれる。本実施の形態の噴射装置19を用いることによって、流体の流量および噴出タイミングを長期にわたって安定して制御することができる。

本実施の形態の積層型圧電素子１を採用した本実施の形態の噴射装置19を内燃機関に用いれば、従来の噴射装置に比べてエンジン等の内燃機関の燃焼室に燃料をより長い期間にわたって精度よく噴射させることができる。

次に、本発明の燃料噴射システムの実施の形態の例について説明する。図８は、本発明の燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略図である。

図８に示すように、本実施の形態の燃料噴射システム35は、高圧流体としての高圧燃料を蓄えるコモンレール37と、このコモンレール37に蓄えられた高圧流体を噴射する複数の本実施の形態の噴射装置19と、コモンレール37に高圧流体を供給する圧力ポンプ39と、噴射装置19に駆動信号を与える噴射制御ユニット41とを備えている。

噴射制御ユニット41は、外部情報または外部からの信号に基づいて高圧流体の噴射の量およびタイミングを制御する。例えば、エンジンの燃料噴射に噴射制御ユニット41を用いた場合であれば、エンジンの燃焼室内の状況をセンサ等で感知しながら燃料噴射の量およびタイミングを制御することができる。圧力ポンプ39は、燃料タンク43から流体燃料を高圧でコモンレール37に供給する役割を果たす。例えばエンジンの燃料噴射システム35の場合には1000〜2000気圧（約101ＭＰａ〜約203ＭＰａ）程度、好ましくは1500〜1700気圧（約152ＭＰａ〜約172ＭＰａ）程度の高圧にしてコモンレール37に流体燃料を送り込む。コモンレール37では、圧力ポンプ39から送られてきた高圧燃料を蓄え、噴射装置19に適宜送り込む。噴射装置19は、前述したように噴射孔21から一定の流体を外部または隣接する容器に噴射する。例えば、燃料を噴射供給する対象がエンジンの場合には、高圧燃料を噴射孔21からエンジンの燃焼室内に霧状に噴射する。

なお、本発明は、上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。例えば、外部電極８は、上記の例では積層体７の対向する２つの側面に１つずつ形成したが、２つの外部電極８を積層体７の隣り合う側面に形成してもよいし、積層体７の同一の側面に形成してもよい。また、積層体７の積層方向に直交する方向における断面の形状は、上記の実施の形態の例である四角形状以外に、六角形状や八角形状等の多角形状、円形状、あるいは直線と円弧とを組み合わせた形状であっても構わない。

本実施の形態の積層型圧電素子１は、例えば、圧電駆動素子（圧電アクチュエータ），圧力センサ素子および圧電回路素子等に用いられる。駆動素子としては、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置，インクジェットのような液体噴射装置，光学装置のような精密位置決め装置，振動防止装置が挙げられる。センサ素子としては、例えば、燃焼圧センサ，ノックセンサ，加速度センサ，荷重センサ，超音波センサ，感圧センサおよびヨーレートセンサが挙げられる。また、回路素子としては、例えば、圧電ジャイロ，圧電スイッチ，圧電トランスおよび圧電ブレーカーが挙げられる。

（実施例１）
本発明の積層型圧電素子の実施例について以下に説明する。

本発明の積層型圧電素子を備えた圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。まず、平均粒径が0.4μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダーおよび可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製した。このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により厚み100μｍの圧電体層３となるセラミックグリーンシートを作製した。また、銀−パラジウム合金にバインダーを加えて、内部電極層となる導電性ペーストを作製した。

次に、セラミックグリーンシートの片面に、内部電極層となる導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを300枚積層した。そして、980〜1100℃で焼成することにより積層体を得た。得られた積層体を、平面研削盤を用いて所定の形状に研削した。

次に、積層体側層領域を形成するための銀ガラス含有導電性ペースト（導電性ペーストＡ）と、表面側層領域を形成するための銀ガラス含有導電ペースト（導電性ペーストＢ）を作製した。積層体側層領域を形成するための導電性ペーストＡは、平均粒径１μｍの銀粒子に、鉛元素および珪素元素を含む平均粒径５μｍのホウ珪酸鉛系ガラス粒子を、銀粒子およびホウ珪酸鉛系ガラス粒子の合計に対して10質量％となるように混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した。表面側層領域を形成するための銀ガラス含有導電性ペースト（導電性ペーストＢ）は、平均粒径１μｍの銀粒子に、鉛元素を含む平均粒径５μｍのホウ酸鉛系ガラス粒子を、銀粒子およびホウ酸鉛系ガラス粒子の合計に対して２質量％となるように混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した。

次に、積層体の側面の外部電極の形成部に、上記の導電性ペーストＡをスクリーン印刷法により印刷し、700℃で焼き付け処理を行ない、積層体側層領域を形成した。その後、積層体側層領域の表面に、上記の導電性ペーストＢをスクリーン印刷法により印刷し、600℃で焼き付け処理を行ない、表面側層領域を形成した。これにより外部電極を形成した。形成された外部電極の積層体との接合界面近傍には、厚み約２μｍのガラス偏在層が形成された。また、外部電極の積層体側には、ガラスを10質量％含有する厚み10μｍの積層体側層領域が形成された。外部電極の表面側には、ガラスを２質量％含有する厚み５μｍの表面側層領域が形成された。さらに、表面側層領域の最表面を走査電子顕微鏡および波長分散型Ｘ線マイクロアナライザーによって観察、分析したところ、銀粒子の粒界に沿ってガラスが分布していた。

次に、外部電極の表面側層領域の表面に、半田を介して外部リード部材を接続し固定した。半田としては、作業温度（融点）300℃の銀混入錫−鉛合金系の半田を用いた。

次に、積層体をシリコーン樹脂を含む樹脂溶液に浸漬することによって、外部電極の表面を含む積層体の側面にシリコーン樹脂をコーティングした。

以上より、積層体側にガラスを副成分として含有する積層体側層領域と、表面側にガラスを微量成分含有する表面側層領域とを有する外部電極を備えた圧電アクチュエータとしての積層型圧電素子（試料番号１）を作製した。

また、比較例１の積層型圧電素子として、ガラスを10質量％含有した銀ガラス含有導電性ペーストを積層体の側面に印刷し、700℃で焼き付け処理を行なうことによって、厚み15μｍの外部電極を形成したもの（試料番号２）を作製した。

さらに、比較例２の積層型圧電素子として、ガラスを10質量％含有した銀ガラス含有導電性ペーストを積層体の側面に印刷し、700℃で焼き付け処理を行なうことによって、厚み10μｍの積層体側層領域を形成し、その積層体側層領域の表面にガラスを含まない銀含有導電性ペーストを印刷し、600℃で焼き付け処理を行なうことによって、外部電極を形成したもの（試料番号３）を作製した。

試料番号２，３の積層型圧電素子について、試料番号１の積層型圧電素子と同様に、作業温度300℃の銀混入錫−鉛合金系の半田を介して外部リード部材を外部電極に接続し固定した。

次に、試料番号１〜３の各積層型圧電素子について、外部リード部材を介して外部電極に３ｋＶ／ｍｍの直流電界を15分間印加して、分極処理を行なった。これらの積層型圧電素子に160Ｖの直流電圧を印加したところ、積層体の積層方向に40μｍの変位量が得られた。さらに、室温で０Ｖ〜＋160Ｖの交流電圧を150Ｈｚの周波数で印加して、１×10^８回まで連続駆動した耐久性試験を行なった。得られた結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明の実施例の積層型圧電素子（試料番号１）は、１×10^８回連続駆動しても、外部電極に異常は見られなかった。これは、１）外部電極の積層体との界面近傍にガラスが偏在しているガラス層領域が形成されているため、外部電極と積層体とが強固に接合されていること、２）外部電極の表面側層領域はガラスを微量成分として含有するものであるため半田の濡れ性が良好であり、半田付け時の作業時間が短くて済み、そのために外部電極と積層体との接合界面に半田付け時の熱によるダメージがないこと、３）外部電極の表面側層領域の最表面において銀粒子の粒界部分にガラスが分布しているため、外部電極に過度の引っ張り応力がかかった場合でも粒界部分に分布しているガラスが破断することにより応力を緩和することができ、外部電極全体が断線することはないこと、４）外部電極の表面側層領域の最表面において銀粒子の粒界部分にガラスが分布しているため、外部電極表面における銀粒子のマイグレーションが抑えられたことなどの効果を有することが原因と考えられる。

比較例１の積層型圧電素子（試料番号２）は、外部電極がガラスを10質量％含むものであるために、外部電極の表面における半田の濡れ性が低下しており、そのために半田付けに長時間を要し、外部電極の積層体との接合界面に半田付け時の熱によるダメージがあったために、連続駆動による耐久性試験中に外部電極が積層体の側面から剥離し、外部電極と内部電極層との接続部でスパークが発生した。

比較例２の積層型圧電素子（試料番号３）は、外部電極の表面側にガラスが含まれていないため、高電圧および高速で連続駆動させた場合、外部電極が積層体の伸長による引っ張り応力に耐えきれずに断線し、スパークが発生した。また、正極の外部電極の表面と負極（＝グランド極）の内部電極層の積層体側面での露出部との間で銀粒子がマイグレーションを起こし、移動している箇所が観察された。

（実施例２）
次に、上述の導電性ペーストＡおよび導電性ペーストＢに含まれるガラスの含有量を変化させた以外は、上記試料番号１と同じ構成の積層型圧電素子（試料番号４〜11）を作製した。試料番号１〜３の積層型圧電素子と同様に分極を行ない、室温で０Ｖ〜＋160Ｖの交流電圧を150Ｈｚの周波数で印加して、５×10^８回まで連続駆動した耐久性試験を行なった。得られた結果を表２に示す。

表２によれば、１×10^８回まで連続駆動したとろ、すべてのサンプルにおいて異常は見られなかった。さらに駆動を継続し、５×10^８回まで連続駆動したとろ、表２に示すような結果が得られた。

試料番号４の素子は、積層体側層領域に含まれるガラスの含有量が少ないために、外部電極の一部が積層体側面から剥離し、そのために一部の圧電体層に電圧が印加されなくなり、変位量が２／３に低下してしまった。

試料番号７の素子は、積層体側層領域に含まれるガラスの含有量が多いために、外部電極の抵抗が高くなり、その結果、連続駆動によって外部電極が局所発熱を起こし、外部電極の一部が積層体側面から剥離したために、変位量が４／５に低下してしまった。

試料番号８の素子は、表面側層領域に含まれるガラスの含有量が極端に少ないために、長期間にわたって連続駆動した場合に、外部電極の表面における銀のマイグレーションを抑えることができず、正極の外部電極と側面に露出した負極（＝グランド極）の内部電極との間でスパークが生じた。

試料番号11の素子は、表面側層領域に含まれるガラスの含有量が多いために、半田の濡れ性が悪くなり、外部電極の表面に外部リード部材を半田付けする場合に作業時間が長くなり、外部電極と積層体との接合界面に半田付けの加熱による負荷がかかり接合部の劣化が生じ、長期間にわたって連続駆動した場合に外部電極の一部が積層体の側面から剥離し、変位量が２／３に低下してしまった。

一方、積層体側層領域におけるガラスの含有量が５質量％乃至20質量％であり、表面側層領域におけるガラスの含有量が0.01質量％乃至５質量％である、試料番号５，６，９，10の素子は、高電界下、長期間にわたって連続駆動した場合であっても、外部電極が積層体の側面から剥離したり、外部電極の表面で銀のマイグレーションが発生したりすることがなく、高い信頼性を有していることが分かった。

１・・・積層型圧電素子
３・・・圧電体層
５・・・内部電極層
７・・・積層体
８・・・外部電極
８ａ・・・積層体側層領域
８ｂ・・・表面側層領域
81ａ・・・積層体側層領域の露出面
81ｂ・・・表面側層領域の露出面
82ａ・・・積層体側層領域の当接面
９・・・外部リード部材
10・・・半田
11・・・導電性粒子
12・・・ガラス
19・・・噴射装置
21・・・噴射孔
23・・・収納容器（容器）
25・・・ニードルバルブ
27・・・流体通路
29・・・シリンダ
31・・・ピストン
33・・・皿バネ
35・・・燃料噴射システム
37・・・コモンレール
39・・・圧力ポンプ
41・・・噴射制御ユニット
43・・・燃料タンク

Claims (8)

1. 圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層に電気的に接続された、導電性粒子およびガラスの焼結体から成る外部電極とを含む積層型圧電素子であって、
   前記外部電極は、前記積層体側に位置し、ガラスを副成分として含有している積層体側層領域と、表面側に位置し、ガラスを微量成分として含有している表面側層領域とを有しており、
   前記積層体側層領域と前記表面側層領域とが互いに当接していて、前記表面側層領域の前記最表面を含む露出面では前記導電性粒子の粒界に沿って前記ガラスが分布しており、
   前記積層体側層領域の露出面では前記導電性粒子を被覆するように前記ガラスが分布していることを特徴とする積層型圧電素子。
2. 前記積層体側層領域における前記ガラスの含有量が５質量％乃至２０質量％であり、前記表面側層領域における前記ガラスの含有量が０．０１質量％乃至５質量％であることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
3. 前記積層体側層領域が含有している前記ガラスおよび前記表面側層領域が含有している前記ガラスは、いずれも鉛元素を含んでいることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層型圧電素子。
4. 前記積層体側層領域が含有している前記ガラスは、さらに珪素元素を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の積層型圧電素子。
5. 前記積層体側層領域の前記積層体との界面近傍に前記ガラスが偏在しているガラス層領域があることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の積層型圧電素子。
6. 圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層に電気的に接続された、導電性粒子およびガラスの焼結体から成る外部電極とを含む積層型圧電素子であって、
   前記外部電極は、前記積層体側に位置し、ガラスを副成分として含有している積層体側層領域と、表面側に位置し、ガラスを微量成分として含有している表面側層領域とを有しており、
   前記積層体側層領域と前記表面側層領域とが互いに当接していて、
   前記表面側層領域の前記最表面を含む露出面および前記積層体側層領域における前記表面
   側層領域との当接面では、
   前記導電性粒子の粒界に沿って前記ガラスが分布していることを特徴とする積層型圧電素子。
7. 噴射孔を有する容器と、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とする噴射装置。
8. 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する請求項７に記載の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とする燃料噴射システム。

Images