(57)【要約】  【課題】  外部電極の破損または剥離を抑制し、耐久性を向上させた積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システムを提供する。  【解決手段】  本発明の積層型圧電素子は、圧電体21および内部電極３ａ，３ｂが積層された積層体２と、積層体２の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体２の側面に達する内部電極３ａ，３ｂの端部と電気的に接続された導体層５ａ，５ｂと、導体層５ａ，５ｂ上に接合された外部電極４ａ，４ｂとを含み、外部電極４ａ，４ｂは、積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ給電端の側に位置する導体層５ａ，５ｂとの接合領域が樹脂13で覆われていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体および内部電極が積層された積層体と、該積層体の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体の側面に達する前記内部電極の端部と電気的に接続された導体層と、該導体層上に接合された外部電極とを含み、該外部電極は、前記積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ前記給電端の側に位置する前記導体層との接合領域が樹脂で覆われていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記給電端の側とは反対の側に位置する前記外部電極の前記導体層との接合領域も樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記積層体は、前記圧電体と前記内部電極とが交互に積層された活性部と、該活性部の両端に配置された前記圧電体を含む不活性部とを有し、前記導体層および前記外部電極は前記活性部から前記不活性部にかけて設けられていて、前記樹脂が前記不活性部に設けられて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。
【請求項４】
前記積層体は、前記圧電体と前記内部電極とが交互に積層された活性部と、該活性部の両端に配置された前記圧電体を含む不活性部とを有し、前記導体層および前記外部電極は前記活性部から前記不活性部にかけて設けられていて、前記樹脂が前記活性部と前記不活性部とにまたがって設けられて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。
【請求項５】
前記外部電極は前記給電端の側において前記積層体の端面から延出するように設けられていて、前記積層体の端面の一部と前記外部電極の延出部位の一部とが前記樹脂で接合されてい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。
【請求項６】
前記樹脂がエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
前記外部電極の前記接合領域に孔が形成されていて、該孔に前記樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
前記外部電極は導電性樹脂を介して前記導体層に接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
前記外部電極の前記給電端が前記樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１０】
噴射孔を有する容器と、請求項１乃至請求項９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。
【請求項１１】
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１０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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、駆動素子（圧電アクチュエータ），センサ素子および回路素子等に用いられる積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
積層型圧電素子として、圧電体および内部電極が積層された積層体と、積層体の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体の側面に達する内部電極の端部と電気的に接続された導体層と、この導体層に積層方向に沿って接合された外部電極とを含むものが知られている（特許文献１を参照）。【０００３】
そして、外部電極の一方の端部（給電端）にリードが電気的に接続され、外部回路と電気的に接続されて外部電源から電流が供給されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2002-61551号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、積層型圧電素子には高電圧下で長期間連続駆動できることが要求されてきており、長期間にわたる変位量の維持や耐久性の向上が望まれているが、前述の積層型圧電素子において高電圧下で長期間連続駆動を行うと、外部電極の一方の端部に位置するリードからの電流の突入部に瞬時に大容量の電流が流れて温度上昇するため、外部電極の給電端の側に位置する導体層との接合領域が破損または剥離しやすいという問題があった。【０００６】
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、外部電極の破損または剥離を抑制し、耐久性を向上させた積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の積層型圧電素子は、圧電体および内部電極が積層された積層体と、該積層体の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体の側面に達する前記内部電極の端部と電気的に接続された導体層と、該導体層上に接合された外部電極とを含み、該外部電極は、前記積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ前記給電端の側に位置する前記導体層との接合領域が樹脂で覆われていることを特徴とするものである。【０００８】
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。【０００９】
本発明の噴射システムは、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。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の積層型圧電素子によれば、外部電極の積層方向の一方の端部が給電端となっており、外部電極における給電端の側に位置する導体層との接合領域が熱容量の大きい樹脂で覆われているため、発熱量の大きな接合端部において、樹脂が熱を蓄える（吸収する）ことで、外部電極の急速な温度上昇を抑制し、外部電極の破損を防ぎ、耐久性が向上する。また、発熱量が多いときでも外部電極の代わりに樹脂が破損することで外部電極は保護される。さらに、外部電極と導体層との接合端部の密着強度が向上し、外部電極の剥がれによる積層型圧電素子の破損も防ぐことができ、寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の積層型圧電素子について実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す積層型圧電素子１の要部を拡大した拡大断面図である。
【図３】本発明の積層型圧電素子について実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図４】本発明の積層型圧電素子について実施の形態の他の例の要部を拡大した拡大断面図である。
【図５】本発明の積層型圧電素子について実施の形態の他の例の要部を透視した平面透視図である。
【図６】本発明の噴射装置について実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の燃料噴射システムについて実施の形態の一例を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
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り、図２は、図１に示す積層型圧電素子１の要部を拡大した拡大断面図である。
【００１４】
図１および図２に示す積層型圧電素子１は、圧電体21および内部電極３ａ，３ｂが積層された積層体２と、積層体２の側面に積層方向に長く被着されて積層体２の側面に達する内部電極３ａ，３ｂの端部と電気的に接続された導体層５ａ，５ｂと、導体層５ａ，５ｂ上に接合された外部電極４ａ，４ｂとを含み、外部電極４ａ，４ｂは、積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ給電端の側に位置する導体層との接合領域が樹脂13で覆われていることを特徴とするものである。
【００１５】
積層体２は、例えば圧電体21および内部電極３ａ，３ｂが交互に複数積層された活性部２ａと、活性部２ａの積層方向の両端に配置され圧電体22が複数積層されてなる不活性部２ｂとを有し、例えば縦0.5〜10ｍｍ、横0.5〜10ｍｍ、高さ1〜10ｍｍの柱状に形成されたもので、内部電極３ａの端部と内部電極３ｂの端部とがそれぞれ積層体２の互いに反対側となる側面（対向する側面）に達している。
【００１６】
圧電体21は、圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：PbZrO3−PbTiO3）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）、タンタル酸リチウム（LiTaO3）などを用いることができる。
【００１７】
内部電極３ａ、３ｂは、圧電体21を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたもので、この形成材料として、例えば圧電磁器との反応性が低い銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができる。
【００１８】
なお、積層体２は、駆動時に内部電極３ａ，３ｂよりも優先的に破断する予定破断層（図示せず）を含む構成であってもよい。予定破断層は、複数の圧電体21の層間のうちの少なくとも一箇所、好ましくは一定の間隔で複数配置され、内部電極３ａ，３ｂよりも強度が低く、応力によってクラックが発生しやすい応力緩和機能を有する層として形成される。例えば、焼結が不十分な圧電体層、空孔の多い圧電体層もしくは金属層、または圧電体粒子や金属粒子が独立して分布している層などからなる。このような予定破断層を設けることで、積層体２が伸長して積層体２の積層方向に引っ張り応力が加わったときに、優先して予定破断層にクラックが生じ、内部電極３ａ，３ｂや圧電体21にクラックが生じるのを防ぐことができる。
【００１９】
積層体２の側面には、図２に示すように、積層方向に長く被着されて前記側面に達する内部電極３ａ，３ｂの端部に電気的に接続されるように導体層５ａ，５ｂが形成されている。具体的には、導体層５ａが積層体２の側面に達する内部電極３ａの端部に電気的に接続され、導体層５ｂが積層体２の側面に達する内部電極３ｂの端部に電気的に接続されている。なお、図２では、導体層５ａは省略している。
【００２０】
導体層５ａ，５ｂは、銀などの導電性材料で形成され、積層体２との密着性を上げるためにガラス成分を含ませることが好ましい。この導体層５ａ，５ｂは、例えば銀とガラスからなるペーストを塗布して焼き付けることで形成することができ、厚みは10〜500μｍである。
【００２１】
外部電極４ａ，４ｂは、導体層５ａ，５ｂ上に接合されている。具体的には、導電性接合材（図示せず）によって外部電極４ａが導体層５ａに接合され、導電性接合材（図示せず）を介して外部電極４ｂが導体層５ｂに接合されている。なお、図１および図２では、外部電極４ａおよび導体層５ａは省略している。
【００２２】
ここで用いられる導電性接合材としては、半田（環境問題の点で好ましくは非鉛系の半田）や導電性樹脂が挙げられるが、耐熱性や積層体２の伸縮との追従性、後述する樹脂１３との密着強度との密着強度が高く、樹脂13が剥がれにくくなる点から導電性樹脂が好ましい。いずれも厚さは５μｍ〜500μｍである。
【００２３】
外部電極４ａ，４ｂは、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属からなり、例えば幅0.5〜10ｍｍ、厚み0.01〜1.0ｍｍに形成された板状のものである。この外部電極４ａ，４ｂは、積層方向の一方の端部（給電端）で外部回路と接続されるようになっていて、当該一方の端部（給電端）には上述の導電性接合材（図示せず）を介してまたは溶接によりリード（例えばリードピン12）が接続される。ここで、外部電極４ａ，４ｂは、積層体２の伸縮に追従するため、スリットの入った形状、メッシュ形状、波型の入った形状などが好ましく、厚みも10〜500μｍが好ましく、特に50〜200μｍが好ましい。また、電気伝導性や熱伝導性を向上させるため、すずや銀のメッキを施してもよい。
【００２４】
そして、図１および図２に示すように、外部電極４ａ，４ｂにおける一方の端部（給電端）の側に位置する導体層５ａ、５ｂとの接合領域が樹脂13で覆われている。
【００２５】
外部電極４ａ，４ｂの一方の端部に位置するリードピン12との接続部は最も発熱しやすい電流の突入部であり、この外部電極４ａ，４ｂにおける一方の端部の側に位置する導体層５ａ、５ｂとの接合端部の発熱量も大きくなる。例えば、外部電極４ａ，４ｂを薄くした場合の強度を確保する点ではリン青銅よりもステンレスのほうが好ましいが、ステンレスを用いて外部電極４ａ，４ｂを薄くすると抵抗値が上がることから、発熱量（温度上昇）が大きくなる。これに対し、外部電極４ａ，４ｂにおける一方の端部（給電端）の側に位置する導体層５ａ，５ｂとの接合領域（接合端部）を樹脂13で覆うことにより、この発熱量の大きな接合端部における発熱による熱を樹脂が蓄え（吸収し）、外部電極４ａ，４ｂの急速な温度上昇を抑制でき、外部電極４ａ，４ｂの破損を防ぎ、耐久性が向上するのである。また、発熱量が多いときでも外部電極４ａ，４ｂの代わりに樹脂13が破損することで外部電極４ａ，４ｂは保護される。さらに、外部電極４ａ，４ｂと導体層５ａ，５ｂとの接合端部の密着強度が向上し、外部電極４ａ，４ｂの剥がれによる積層型圧電素子の破損も防ぐことができ、寿命が向上する。
【００２６】
なお、外部電極４ａ，４ｂの一方の端部（給電端）であるリードピン12との接続部が樹脂13で覆われているのが外部電極４ａ，４ｂの急速な温度上昇を抑制する点で効果的である。また、樹脂13の幅は外部電極４ａ，４ｂの幅よりも広く、外部電極４ａ，４ｂのみならず、導体層５ａ，５ｂも樹脂13で覆われているのが外部電極４ａ，４ｂの剥がれを抑制する点で効果的である。
【００２７】
樹脂13としては、エポキシ系、アミド系、シリコーン系などが挙げられるが、耐熱性が高く磁器との密着性が高いエポキシ系樹脂とするのがよく、これにより、発熱による破損や剥がれを防ぎ、寿命が向上する。また、樹脂13の厚みは10〜500μｍ、好ましくは50〜200μｍである。10μｍより薄いと、樹脂13の蓄熱の効果（熱の吸収効果）や密着性の効果が弱くなり、500μｍを超えると、樹脂13と外部電極４ａ，４ｂとの熱膨張の差から剥がれやすくなるためである。
【００２８】
さらに、積層型圧電素子１は、図３に示すように、給電端の側とは反対の側に位置する外部電極４ａ，４ｂの導体層５ａ，５ｂとの接合領域も樹脂14で覆われているのが好ましい。これにより、剥がれやすい反対側の端部の接合領域の蓄熱性および密着性も向上して剥がれにくくなるため、さらに寿命が向上する。
【００２９】
ここで、外部電極４ａ，４ｂにおける導体層５ａ、５ｂとの接合領域は樹脂13および樹脂14で覆われているが、導体層５ａ、５ｂとの接合領域以外の領域は樹脂13および樹脂14で覆われていないことにより、積層体２の伸縮を妨げないようにして、発熱による外部電極４ａ，４ｂの破損や剥がれを抑制することができる。
【００３０】
また、積層型圧電素子１は、圧電体21が積層された内部電極３ａ，３ｂがない不活性部２ｂ（熱伝導性に劣る不活性部２ｂ）に樹脂13、14を設けることにより、瞬間的な温度変化に対して鈍感な不活性部２ｂにおいて樹脂の蓄熱効果（熱の吸収効果）がより効果的に働き、寿命を向上させることができる。また、不活性部２ｂは伸縮しないため、樹脂13、14と積層体２（圧電体）との密着性がよく、剥がれにくくなり、耐久性が向上する。
【００３１】
また、積層型圧電素子１は、積層体２が圧電体21と内部電極３ａ，３ｂとが交互に積層された活性部２ａと、活性部２ａの両端に配置された圧電体21を含む不活性部２ｂとを有する場合において、導体層５ａ，５ｂおよび外部電極４ａ，４ｂは活性部２ａから不活性部２ｂにかけて設けられていて、樹脂13、14が活性部２ａと不活性部２ｂとにまたがって設けられていてもよい。これにより、活性部２ａと不活性部２ｂとの界面近傍における活性部２ａの伸びを抑制し、界面で発生する伸縮差による応力を緩和できるため、さらに寿命が向上する。
【００３２】
また、積層型圧電素子１は、図４に示すように、外部電極４ａ，４ｂは、給電端の側において積層体２の端面から延出するように設けられている場合において、積層体２との端面の一部と外部電極４ａ，４ｂの延出部位の一部とが樹脂13、14で接合されているのが好ましい。この構成によれば、樹脂13、14と外部電極４ａ，４ｂとの接触面積が増えて蓄熱量（熱の吸収量）が増えるため、急速な発熱を抑え、外部電極４ａ，４ｂの破損を防ぎ、寿命を向上できる。
【００３３】
また、積層型圧電素子１は、図５に示すように、外部電極４ａ，４ｂの接合領域に孔41が形成されていて、孔41に樹脂13が充填されていることを特徴とするものである。なお、図５は外部電極４ｂの形成された面を上にして、樹脂13を透視した平面図である。ここで、孔41の径は0.1〜１ｍｍで、0.1〜0.5mmの間隔で１〜10個あることが強度の向上と電気伝導の観点から好ましい。この構成によれば、樹脂の体積および樹脂と外部電極との接触面積が増えて、蓄熱量（熱の吸収量）を増やすことができる。また、上下の樹脂の架橋が増えて、外部電極と導体層との密着強度を高くすることができ、外部電極の破損や剥がれを抑制でき、寿命を向上できる。
【００３４】
次に、本発明の実施の形態の一例の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。まず、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の粉末と、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、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジオクチル）等の可塑剤とを混合してスラリーを作製する。
【００３５】
次に、得られたスラリーをドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成形法を用いてセラミックグリーンシートに成形する。
【００３６】
次に、内部電極３ａ，３ｂとなる導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストは、主に銀−パラジウム合金からなる金属粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して得る。この導電性ペーストをセラミックグリーンシートの片面にスクリーン印刷法等によって内部電極３ａ，３ｂのパターンに印刷する。
【００３７】
次に、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、例えば図１に示す活性部２ａの構成となるように積層し、乾燥させることによって１次積層成形体を得る。この１次積層成形体の積層方向のさらに両端側に導電性ペーストを印刷していない不活性部２ｂ用のセラミックグリーンシートを複数層積層して積層成形体を作製する。なお、積層成形体は、必要に応じて積層方向に沿って裁断して所望の形状にしてもよい。
【００３８】
次に、積層成形体を所定の温度で脱バインダー処理した後、900〜1150℃で焼成することにより柱状の積層体２を得る。必要に応じて積層体２の側面を研磨してもよい。
【００３９】
次に、積層体２の側面に導体層５ａ，５ｂを形成する。導体層５ａ，５ｂは、主に銀からなる金属粉末にバインダー、可塑剤、ガラス粉末等を添加混合して導電性ペーストを作製し、この導電性ペーストを積層体２の側面にスクリーン印刷法等によって印刷して600〜800℃で焼成することにより形成できる。さらに、導体層５ａ，５ｂの外面に、外部電源と接続するための導電性材料からなる板状もしくはメッシュ状の外部電極４ａ，４ｂが配置される。この外部電極４ａ，４ｂは導電性接合材（半田もしくは導電性接着剤）で導体層と接着される。
【００４０】
その後、外部電極４ａ，４ｂにリードを半田、溶接等で接続した後、外部電極の導体層との接合端部に、ディスペンサなどの塗布機を用いてエポキシ系の樹脂などを塗布し、材料に応じた硬化温度で硬化させることにより、本発明の積層型圧電素子１を得る。
【００４１】
以上の製造方法により、外部電極の破断を抑制し、耐久性を向上させた積層型圧電素子が得られる。
【００４２】
図６は、本発明の実施の形態の噴射装置を示す概略断面図である。図６に示すように、本実施の形態の噴射装置６は、一端に噴射孔61を有する収納容器62の内部に上記の積層型圧電素子１が収納されている。収納容器62内には、積層型圧電素子１の駆動により噴射孔61を開閉することができるニードルバルブ63が配設されている。噴射孔61には燃料通路64がニードルバルブ63の動きに応じて連通可能に配設されている。この燃料通路64は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路64に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニードルバルブ63が噴射孔61を開放すると、燃料通路64に供給されていた燃料が一定の高圧で図示しない内燃機関の燃料室内に噴出される。
【００４３】
また、ニードルバルブ63の上端部は内径が大きくなってピストン66になっており、収納容器62に形成されたシリンダ65と摺動可能になっている。そして、収納容器62内には、上記の積層型圧電素子１がピストン66に接して収納されている。
【００４４】
このような噴射装置６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66が押圧され、ニードルバルブ63が噴射孔61を閉塞し、燃料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67がピストン66を押し返し、噴射孔61が燃料通路64と連通して燃料の噴射が行なわれるようになっている。
【００４５】
なお、噴射装置６は、噴射孔61を有する容器と、積層型圧電素子１とを備え、容器内に充填された液体が積層型圧電素子１の駆動により噴射孔61から吐出させるように構成されていればよい。すなわち、積層型圧電素子１が必ずしも容器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の内部に圧力が加わるように構成されていればよい。本実施の形態において、液体とは、燃料、インクなどの他、種々の液状流体（導電性ペースト等）が含まれる。
【００４６】
図７は、本発明の実施の形態の燃料噴射システムを示す概略ブロック図である。図７に示すように、本発明の実施の形態の燃料噴射システム７は、高圧燃料を蓄えるコモンレール71と、このコモンレール71に蓄えられた高圧燃料を噴射する複数の噴射装置６と、コモンレール71に高圧の燃料を供給する圧力ポンプ72と、噴射装置６に駆動信号を与える噴射制御ユニット73とを備えている。
【００４７】
噴射制御ユニット73は、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やタイミングを制御するものである。圧力ポンプ72は、燃料タンク74から燃料を1000〜2000気圧（約101ＭＰａ〜約203ＭＰａ）程度、好ましくは1500〜1700気圧（約152ＭＰａ〜約172ＭＰａ）程度にしてコモンレール71に送り込む役割を果たす。コモンレール71では、圧力ポンプ72から送られてきた燃料を蓄え、適宜噴射装置６に送り込む。噴射装置６は、上述したように噴射孔61から少量の燃料を燃焼室内に霧状に噴射する。
【００４８】
本実施の形態の燃料噴射システム７を用いれば、従来の燃料噴射システムに比べて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。
【実施例】
【００４９】
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。【００５０】
先ず、ＰＺＴを主成分とする圧電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、スリップキャステイング法により、厚み150μｍのセラミックグリーンシートを作製した。【００５１】
次に、このセラミックグリーンシートの片面に、銀の含有量が70質量％でパラジウムの含有量が30質量％である銀−パラジウム合金の粉末を、スクリーン印刷法により、所望のパターン形状として５μｍの厚みに印刷し、導電性ペースト層とした。【００５２】
次に、導電性ペースト層を乾燥させた後、導電性ペースト層が塗布された複数のセラミックグリーンシートを100枚積層し、１次積層成形体を作製した。さらに、１次積層成形体の積層方向の上側端部に導電性ペーストが塗布されていないセラミックグリーンシートを20枚積層し、下側端部に20枚積層し、積層成形体を作製した。【００５３】
次に、この積層成形体を100℃で加熱しながら加圧し、積層成形体のセラミックグリーンシートを一体化した。【００５４】
次に、積層成形体を断面が８ｍｍ×８ｍｍの四角形状で長さが18ｍｍの四角柱状に切断した後、800℃で10時間の脱バインダーを行ない、1130℃で２時間焼成することにより、積層体を得た。焼成の際に使用した焼成鉢は、密閉構造のＭｇＯ製の鉢を用い、積層成形体および積層成形体に含まれるセラミックスと同じ組成のセラミック粉末を鉢に入れて焼成し、積層体を得た。なお、積層体における活性部および不活性部を構成する圧電体の厚みは100μｍであった。【００５５】
次に、積層体の４つの側面を、0.2ｍｍの厚み分ずつ、平面研削盤を用いて研磨した。
このとき、内部電極の端部を交互に積層体の２つの側面に露出させた。即ち、内部電極３ａの端部が外部電極４ａ側の積層体の側面に露出し、内部電極３ｂの端部が外部電極４ｂ側の積層体の側面に露出するようにした。次に、積層体２の側面に、銀とバインダー、可塑剤、ガラス粉末を添加混合して作成した導電性ペーストをスクリーン印刷法によって印刷し、600〜800℃で焼成して導体層を形成した。さらに、この導体層の外面に、外部電源と接続するための銀メッキをほどこしたＳＵＳ製の板状の外部電極４ａ、４ｂを表１に示す水準により導電性接着剤（Ａｇ含有量が30〜80ｖｏｌ％のポリイミド系樹脂）および半田で接着した。【００５６】
その後、外部電極にリードを半田で接続した後、外部電極の導体層との接合端に、ディスペンサを用いて表１に示す水準によりエポキシ系およびシリコーン系の樹脂を塗布し、２００℃１時間で硬化させることにより、積層型圧電素子１を得た。【００５７】
最後に、積層型圧電素子に２ｋＶ／ｍｍの分極電圧を印加し、積層型圧電素子の圧電体全体に分極処理を施して、本発明の積層型圧電素子を得た。【００５８】
なお、表１において、接合端部における樹脂の有無という項目については、樹脂が形成されていない場合はなし、図１に示すように一方の端部（給電端）側の導体層との接合領域のみに樹脂が形成されている場合はリード接続側のみ、図３に示すように積層方向両側の導体層との接合領域に樹脂が形成されている場合は両端と表した。【００５９】
また、表１において、塗布位置という項目については、樹脂が不活性部に形成されている場合は不活性部、活性部と不活性部とにまたがって形成されている場合は活性−不活性界面、積層体との端面の一部と外部電極の延出部位の一部とが樹脂で接合されている場合は端部からはみ出ると表した。【００６０】
また、表１において、外部電極という項目については、両側の長辺から中央に向かって交互に積層体の積層方向に見て先端同士が重なり合うように多数のスリットが形成されたＳＵＳ製の外部電極をスリット入りＳＵＳ板、さらに積層方向から見てスリットの間の先端同士が重なり合っている部位にスリットの長手軸の向きに沿って孔が形成されているものを孔あきスリット入りＳＵＳ板と表した。また、導体層に導電性接着剤で外部電極を接合したものは特に表記せず、導体層に半田で外部電極を接合したものははんだ接合と表記した。【００６１】
これらの積層型圧電素子にそれぞれ200Ｖの直流電圧を印加した結果、各積層型圧電素子とも伸縮駆動による10μｍの変位量（初期の変位量）が得られた。なお、変位量の測定は、試料を防振台上に固定し、試料上面にアルミニウム箔を張り付けて、レーザ変位計により素子の中心部および両端部の３箇所で測定することによって行ない、３箇所の変位量の平均値を積層型圧電素子の変位量とした。【００６２】
さらに、これらの積層型圧電素子に０Ｖ〜＋200Ｖの交流電界を200Ｈｚの周波数で印加し、180℃で駆動試験を行なった。駆動試験は、積層型圧電素子を１×10９サイクル連続駆動した後の変位を測定し、初期の変位からの変化を調べた。具体的には、各試料について10個ずつ評価を行い、変位の変化量の絶対値が0.5μｍを超えるものを不良として、その個数を確認した。【００６３】
なお、比較例として、外部電極の導体層との接合端に樹脂を塗布していない積層型圧電素子を作製し（試料番号１）、試料番号２〜７の積層型圧電素子と同様に、初期の変位量を測定し、同様に駆動試験した。【００６４】
【表１】
2012057327.tif 000003
【００６５】
本発明の試料番号２〜７の積層型圧電素子は、それぞれの試料の10個の全てにおいて、初期の変位量と１×10９サイクル連続駆動後の変位量との差の絶対値が0.5μｍを超えることはなかった。【００６６】
これに対し、試料番号１の積層型圧電素子は、外部電極の接続部で発熱による破損が見られた。【００６７】
なお、本発明は、上記実施の形態及び実施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加えても何等差し支えない。
【符号の説明】
【００６８】
１：積層型圧電素子
12：リードピン
13，14：樹脂
２：積層体
２ａ：活性部
２ｂ：不活性部
21，22：圧電体
３ａ，３ｂ：内部電極
４ａ，４ｂ：外部電極
５ａ，５ｂ：導体層
【図１】
2012057327.tif 000004
【図２】
2012057327.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012057327.tif 000008
【図６】
2012057327.tif 000009
【図７】
2012057327.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月28日(2013.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体および内部電極が積層された積層体と、該積層体の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体の側面に達する前記内部電極の端部と電気的に接続された導体層と、該導体層上に接合された外部電極とを含み、
該外部電極は、前記積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ前記給電端の側に位置する前記導体層との接合領域が樹脂で覆われているとともに前記導体層との接合領域以外の領域は樹脂で覆われていないことを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記給電端の側とは反対の側に位置する前記外部電極の前記導体層との接合領域も樹
脂で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記積層体は、前記圧電体と前記内部電極とが交互に積層された活性部と、該活性部
の両端に配置された前記圧電体を含む不活性部とを有し、前記導体層および前記外部電極は前記活性部から前記不活性部にかけて設けられていて、前記樹脂が前記不活性部に設けられて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。
【請求項４】
前記積層体は、前記圧電体と前記内部電極とが交互に積層された活性部と、該活性部
の両端に配置された前記圧電体を含む不活性部とを有し、前記導体層および前記外部電極は前記活性部から前記不活性部にかけて設けられていて、前記樹脂が前記活性部と前記不活性部とにまたがって設けられて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。
【請求項５】
前記外部電極は前記給電端の側において前記積層体の端面から延出するように設けら
れていて、前記積層体の端面の一部と前記外部電極の延出部位の一部とが前記樹脂で接合されてい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。
【請求項６】
前記樹脂がエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか
に記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
前記外部電極の前記接合領域に孔が形成されていて、該孔に前記樹脂が充填されてい
ることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
前記外部電極は導電性樹脂を介して前記導体層に接合されていることを特徴とする請
求項１乃至請求項７のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
前記外部電極の前記給電端が前記樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１乃至
請求項８のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１０】
噴射孔を有する容器と、請求項１乃至請求項９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。
【請求項１１】
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１０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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の積層型圧電素子は、圧電体および内部電極が積層された積層体と、該積層体の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体の側面に達する前記内部電極の端部と電気的に接続された導体層と、該導体層上に接合された外部電極とを含み、該外部電極は、前記積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ前記給電端の側に位置する前記導体層との接合領域が樹脂で覆われているとともに前記導体層との接合領域以外の領域は樹脂で覆われていないことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の積層型圧電素子によれば、外部電極の積層方向の一方の端部が給電端となっており、外部電極における給電端の側に位置する導体層との接合領域が熱容量の大きい樹脂で覆われているため、発熱量の大きな接合端部において、樹脂が熱を蓄える（吸収する）ことで、外部電極の急速な温度上昇を抑制し、外部電極の破損を防ぎ、耐久性が向上する。また、発熱量が多いときでも外部電極の代わりに樹脂が破損することで外部電極は保護される。さらに、外部電極と導体層との接合端部の密着強度が向上し、外部電極の剥がれによる積層型圧電素子の破損も防ぐことができ、寿命が向上する。また、外部電極は、積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ給電端の側に位置する導体層との接合領域が樹脂で覆われているとともに導体層との接合領域以外の領域は樹脂で覆われていないことにより、積層体の伸縮を妨げないようにして、発熱による外部電極の破損や剥がれを抑制することができる。
【国際調査報告】
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