(57)【要約】  【課題】  外部電極板の剥がれおよび外部電極板と積層体との接合領域の端部における腐食が抑制された積層型圧電素子およびこれを備え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１は、圧電体層２と内部電極層３とが積層されてなる積層体４と、積層体４の側面に接合された外部電極板５とを含み、外部電極板５は、積層体４の一方の端部から積層方向に延出された延出領域５２を有し、外部電極板５の接合された前記側面に垂直な縦断面で見て、延出領域５２には内側に向けて凸となる第１の折り曲げ部５２ａが設けられ、第１の折り曲げ部５２ａのピークが積層体４との接合領域５１の延長上よりも内側に位置し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】
圧電体層と内部電極層とが積層されてなる積層体と、該積層体の側面に接合された外部電極板とを含み、
該外部電極板は、前記積層体の一方の端部から積層方向に延出された延出領域を有し、前記外部電極板の接合された前記側面に垂直な縦断面で見て、前記延出領域には内側に向けて凸となる第１の折り曲げ部が設けられ、前記第１の折り曲げ部のピークが前記積層体との接合領域の延長上よりも内側に位置していることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記外部電極板の接合された前記側面に垂直な縦断面で見て、前記延出領域には外側に向けて凸となる第２の折り曲げ部が設けられ、前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とが隣り合うように少なくとも一対設けら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】
隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とを前記縦断面で見たとき、前記第１の折り曲げ部のピークと前記第２の折り曲げ部のピークとを結ぶ線分の中点が、前記積層体との接合領域の延長上に位置していない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】
隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とを前記縦断面で見たとき、前記第１の折り曲げ部のピークと前記第２の折り曲げ部のピークとを結ぶ線分の中点が、前記積層体との接合領域の延長上よりも内側に位置し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】
前記第１の折り曲げ部および前記第２の折り曲げ部が湾曲した形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とを前記縦断面で見たとき、前記第１の折り曲げ部のピークにおける曲率半径と前記第２の折り曲げ部のピークにおける曲率半径とが異なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とを前記縦断面で見たとき、前記第１の折り曲げ部のピークにおける曲率半径が前記第２の折り曲げ部のピークにおける曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部との対が複数あることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
噴射孔を有する容器と、請求項１乃至請求項８のうち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１０】
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９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、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およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型圧電素子として、図９に示すように、圧電体層８１および内部電極層８２が積層された積層体８３と、積層体８３と接合されかつ内部電極層８２と電気的に接続された接合領域８４１と、接合領域８４１から積層方向に延出された延出領域８４２を有する外部電極板８４を含む構成のものが知られている。ここで、外部電極板８４の延出領域８４２は、例えば外部回路へと通じるリード線が接続される部位であり、この延出領域８４２の形状として、断面がストレートな形状になっているものが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０２０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、車載用の積層型圧電素子は、過酷な振動環境下にさらされて以下のような問題が生じるおそれがある。具体的には、駆動による振動および外部からの振動によって外部電極板がはがれてしまうことによって、積層型圧電素子（内部電極層）への通電ができなくなるおそれがある。また、積層型圧電素子が延出領域の端部を上側にして配置された場合において、積層体から伝わる熱と外気の冷気との温度差から結露が生じ、この水分が外部電極板の延出領域の端部より伝ってきて接合領域の端部に付着して、接合領域の端部が腐食してしまうことによって、長期駆動後の変位量が低下するおそれがある。さらに、接合領域の端部に外気による冷気が直接あたって、接合領域の端部に水分が付着し、腐食してしまうことによって、長期駆動後の変位量が低下するおそれもある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、外部電極板の剥がれおよび外部電極板と積層体との接合領域の端部における腐食が抑制された積層型圧電素子およびこれを備え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】
【０００６】
本発明は、圧電体層と内部電極層とが積層されてなる積層体と、該積層体の側面に接合された外部電極板とを含み、該外部電極板は、前記積層体の一方の端部から積層方向に延出された延出領域を有し、前記外部電極板の接合された前記側面に垂直な縦断面で見て、前記延出領域には内側に向けて凸となる第１の折り曲げ部が設けられ、前記第１の折り曲げ部のピークが前記積層体との接合領域の延長上よりも内側に位置していることを特徴とする積層型圧電素子である。
【０００７】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記外部電極板の接合された前記側面に垂直な縦断面で見て、前記延出領域には外側に向けて凸となる第２の折り曲げ部が設けられ、前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とが隣り合うように少なくとも一対設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とを前記縦断面で見たとき、前記第１の折り曲げ部のピークと前記第２の折り曲げ部のピークとを結ぶ線分の中点が、前記積層体との接合領域の延長上に位置していないことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とを前記縦断面で見たとき、前記第１の折り曲げ部のピークと前記第２の折り曲げ部のピークとを結ぶ線分の中点が、前記積層体との接合領域の延長上よりも内側に位置していることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記第１の折り曲げ部および前記第２の折り曲げ部が湾曲した形状であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とを前記縦断面で見たとき、前記第１の折り曲げ部のピークにおける曲率半径と前記第２の折り曲げ部のピークにおける曲率半径とが異なっていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部とを前記縦断面で見たとき、前記第１の折り曲げ部のピークにおける曲率半径が前記第２の折り曲げ部のピークにおける曲率半径よりも小さいことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、隣り合う前記第１の折り曲げ部と前記第２の折り曲げ部との対が複数あることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明は、噴射孔を有する容器と、上記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である。
【００１５】
また、本発明は、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である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、延出領域には内側に向けて凸となる第１の折り曲げ部が設けられていることで、外部電極板の外側へ膨らもうとする力（外部電極板をはがそうとする力）が低減される。また、第１の折り曲げ部のピークが前記積層体との接合領域の延長上よりも内側に位置していることで、外部電極板の延出領域の端部より伝わってくる水分が、積層体の端面に落ちて、接合領域の端部に落ちないようになるため、外部電極板と積層体との接合領域の端部における腐食が抑制される。さらに、外気による冷気が遮断され、接合領域の端部周辺の雰囲気が積層体から伝わる熱と近くなり、冷気が直接当たらなくなることから、外部電極板と積層体との接合領域の端部における腐食が抑制される。したがって、長期間の駆動によっても変位量の低下が抑制された、長期間の耐久性に優れた積層型圧電素子が得られる。
【００１７】
また、本発明の噴射装置によれば、長期間の耐久性に優れた積層型圧電素子を備えているので、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。
【００１８】
また、本発明の燃料噴射システムによれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す縦断面図である。
【図３】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す縦断面図である。
【図４】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す縦断面図である。
【図５】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す縦断面図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】従来の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す縦断面図である。
【図９】従来の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
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縦断面図であり、図１に示す例の積層型圧電素子１は、圧電体層２と内部電極層３とが積層されてなる積層体４と、積層体４の側面に接合された外部電極板５とを含み、外部電極板５は、積層体４の一方の端部から積層方向に延出された延出領域５２を有し、外部電極板５の接合された前記側面に垂直な縦断面で見て、延出領域５２には内側に向けて凸となる第１の折り曲げ部５２ａが設けられ、第１の折り曲げ部５２ａのピークが積層体４との接合領域５１の延長上よりも内側に位置している。
【００２２】
積層型圧電素子１を構成する積層体４は、圧電体層２および内部電極層３が積層されてなるもので、例えば圧電体層２および内部電極層３が交互に複数積層されてなる活性部と、活性部の積層方向両端に設けられた圧電体層２からなる不活性部とを有し、例えば縦０．５〜１０ｍｍ、横０．５〜１０ｍｍ、高さ５〜１００ｍｍの直方体状に形成されている。
【００２３】
積層体４を構成する圧電体層２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（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。この圧電体層２の厚みは、例えば３〜２５０μｍとされる。
【００２４】
積層体４を構成する内部電極層３は、圧電体層２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、圧電体層２と交互に積層されて圧電体層２を上下から挟んでおり、積層順に正極および負極が配置されることにより、それらの間に挟まれた圧電体層２に駆動電圧を印加するものである。この形成材料として、例えば圧電セラミックス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。図１に示す例では、正極および負極（もしくはグランド極）がそれぞれ積層体４の対向する一対の側面に互い違いに導出されて、積層体４の側面に設けられた一対の導体層６と電気的に接続されている。この内部電極層３の厚みは、例えば０．１〜５μｍとされる。
【００２５】
積層体４の側面には、内部電極層３と電気的に接続された一対の導体層６が設けられて
いる。この一対の導体層６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て形成されたもので、積層体４の側面に接合されて、積層体４の対向する側面に互い違いに導出された内部電極層３とそれぞれ電気的に接続されている。導体層６の厚みは、例えば５〜５００μｍとされる。
【００２６】
積層体４の側面に設けられた導体層６の表面上には、導電性接合材７を介して外部電極板５が接合されている。
【００２７】
ここで用いられる導電性接合材７としては、例えばＡｇ粉末やＣｕ粉末など導電性の良好な金属粉末を含んだエポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる導電性接着剤からなるのが好ましい。この導電性接合材７は、例えば５〜５００μｍの厚さに形成される。
【００２８】
また、外部電極板５は、積層体４との接合領域５１と、積層体４の一方の端部から積層方向に延出された延出領域５２を有している。外部電極板５は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属平板からなり、例えば幅０．５〜１０ｍｍ、厚み０．０１〜１．０ｍｍに形成されたものである。積層体４の伸縮により生じる応力を緩和する効果の高い形状として、例えば接合領域５１に幅方向にスリットの入った形状や、接合領域５１が網目状に加工された形状になっていてもよい。
【００２９】
なお、本発明においては、図２に示すように、導体層６が設けられずに、内部電極層３が直接導電性接合材７を介して外部電極板５と電気的に接続された構成であってもよい。
【００３０】
そして、外部電極板５の接合された前記側面（積層体４の側面）に垂直な縦断面で見て、延出領域５２には内側に向けて凸となる第１の折り曲げ部５２ａが設けられ、第１の折り曲げ部５２ａのピークが積層体４との接合領域５１の延長上よりも内側に位置している。
【００３１】
ここで、第１の折り曲げ部５２ａのピークが積層体４との接合領域５１の延長上よりも内側に位置しているとは、内側に凸となる形状の第１の折り曲げ部５２ａがあってそのピークの位置が接合領域５１における外部電極板５と導電性接合材７との界面から積層方向に伸ばした仮想延長線上よりも内側にあることをいう。例えば、図３に示すように、外部電極板５が接合領域５１の端部で折れ曲がって延出領域５２が外側に拡がるような形状であっても、第１の折り曲げ部５２ａのピークの位置が接合領域５１における外部電極板５と導電性接合材７との界面から積層方向に伸ばした仮想延長線上（図に示す一点鎖線）よりも内側にある構成も含まれる。好ましくは、第１の折り曲げ部５２ａのピークの位置は、導体層６の表面よりも内側に位置しているのがよく、特に外部電極板５が接合された積層体４の側面よりも内側に位置しているのがよい。
【００３２】
第１の折り曲げ部５２ａの１個の延出方向の長さは例えば０．１〜２．０ｍｍであり、内側に突出する凸の高さは例えば０．１〜２．０ｍｍであり、これらは設けられる個数により適宜調整されて決定される。
【００３３】
この構成によれば、外部電極板５の外側へ膨らもうとする力（外部電極板５をはがそうとする力）を低減させることができる。
【００３４】
また、第１の折り曲げ部５２ａのピークが積層体４との接合領域５１の延長上よりも内側に位置していることで、外部電極板５の延出領域５２の端部より伝わってくる水分が、積層体４の端面に落ちて、接合領域５１の端部に落ちないようになるため、外部電極板５と積層体４との接合領域５１の端部における腐食が抑制される。
【００３５】
さらに、外気による冷気が遮断され、接合領域５１の端部周辺の雰囲気が積層体４から伝わる熱と近くなり、冷気が直接当たらなくなることから、外部電極板５と積層体４との接合領域５１の端部における腐食が抑制される。したがって、長期間の駆動によっても変位量の低下が抑制された、長期間の耐久性に優れた積層型圧電素子が得られる。
【００３６】
なお、図では、外部電極板５に一つの第１の折り曲げ部５２ａが設けられた構成が示されているが、この構成に限られず、複数の第１の折り曲げ部５２ａが設けれていてもよい。
【００３７】
ここで、外部電極板５の接合された前記側面（積層体４の側面）に垂直な縦断面で見て、延出領域５２には外側に向けて凸となる第２の折り曲げ部５２ｂが設けられ、第１の折り曲げ部５２ａと第２の折り曲げ部５２ｂとが隣り合うように少なくとも一対設けられているのが好ましい。この構成によれば、外側へ膨らもうとする力（外部電極板５をはがそうとする力）および内側へ撓もうとする力に対して緩和する効果が得られ、より耐久性に優れた積層型圧電素子が得られる。
【００３８】
なお、一対の第１の折り曲げ部５２ａと第２の折り曲げ部５２ｂとが隣り合うように設けられた構成としては、図４に示すような積層体４に近い側に第１の折り曲げ部５２ａが配置された構成および図５に示すような積層体４に近い側に第２の折り曲げ部５２ｂが配置された構成が挙げられる。
【００３９】
また、隣り合う第１の折り曲げ部５２ａと第２の折り曲げ部５２ｂとの対は少なくとも一対で効果があるが、この対が複数あるのが好ましく、これにより、定常駆動中の外部電極板５を剥がす方向に働く応力を複数個所で分散し低減させることができる。
【００４０】
また、上記構成において、隣り合う第１の折り曲げ部５２ａと第２の折り曲げ部５２ｂとを縦断面で見たとき、第１の折り曲げ部５２ａのピークと第２の折り曲げ部５２ｂのピークとを結ぶ線分の中点が、積層体４との接合領域の延長上に位置していないのが好ましく、これにより、高周波時の共振による異常振動が抑制され、さらに耐久性に優れた積層型圧電素子が得られる。
【００４１】
また、隣り合う第１の折り曲げ部５２ａと第２の折り曲げ部５２ｂとを縦断面で見たとき、第１の折り曲げ部５２ａのピークと第２の折り曲げ部５２ｂのピークとを結ぶ線分の中点が、積層体４との接合領域５１の延長上よりも内側に位置していてもよく、これにより、外側へ膨らもうとする力（外部電極板５をはがそうとする力）をより低減させることができる。
【００４２】
また、第１の折り曲げ部５２ａおよび第２の折り曲げ部５２ｂは屈曲した形状に折り曲げられたものでもよいが、図に示すように湾曲した形状であるのが好ましく、これにより応力集中を避けることができる。
【００４３】
特に、隣り合う第１の折り曲げ部５２ａと第２の折り曲げ部５２ｂとを前記縦断面で見たとき、第１の折り曲げ部５２ａのピークにおける曲率半径と第２の折り曲げ部５２ｂのピークにおける曲率半径とが異なっているのが好ましく、これにより、それぞれの折り曲げ部の撓み方が異なるため、共振しなくなって振動を低減させることができる。
【００４４】
さらに、隣り合う第１の折り曲げ部５２ａと第２の折り曲げ部５２ｂとを縦断面で見たとき、第１の折り曲げ部５２ａのピークにおける曲率半径が第２の折り曲げ部５２ｂのピークにおける曲率半径よりも小さいのが好ましく、これにより、共振しなくなって振動を低減させる効果に加えて、外側へ膨らもうとする力（外部電極板５をはがそうとする力）
を低減させる効果も得られる。
【００４５】
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。
【００４６】
まず、圧電体層２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（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）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），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。
【００４７】
次に、内部電極層３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３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℃の温度で焼成し、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ことによって、交互に積層された圧電体層２および内部電極層３を備えた積層体４を作製する。
【００４８】
なお、積層体４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２と内部電極層３とを複数積層してなる積層体４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。
【００４９】
その後、必要により、銀を主成分とする導電性粒子と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を、導体層６のパターンで積層体４の側面にスクリーン印刷法等によって印刷後、乾燥させた後、６５０〜７５０℃の温度で焼き付け処理を行ない、導体層６を形成する。
【００５０】
次に、導電性接合材７を介して外部電極板５を導体層６の表面に接続し固定する。
【００５１】
導電性接合材７は、Ａｇ粉末やＣｕ粉末などの導電性の良好な金属粉末を含んだエポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる接着剤、半田などを用い、スクリーン印刷やディスペンス方式により所定の厚みや幅に制御して形成することができる。
【００５２】
外部電極板５は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属平板からなり、例えば幅０．５〜１０ｍｍ、厚み０．０１〜１．０ｍｍに形成されたものである。ここで、第１の折り曲げ部５２ａ、第２の折り曲げ部５２ｂは外部電極板５の先端部に設けられていて、この第１の折り曲げ部５２ａ、第２の折り曲げ部５２ｂは、例えば打ち抜き金型で外部電極板５を打ち抜くと同時に第１の折り曲げ部５２ａ、第２の折り曲げ部５２ｂの形状の曲げ金型を用いて形成することができる。
【００５３】
その後、一対の導体層６にそれぞれ接続した外部電極板５に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体４を構成する圧電体層２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、外部電極板５を介して導体層６と外部の電源とを接続して、圧電体層２に電圧を印加することにより、各圧電体層２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。
【００５４】
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６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。
【００５５】
図６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。
【００５６】
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。
【００５７】
また、ニードルバルブ２５の上端部は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、上述した例の積層型圧電素子１がピストン３１に接して収納されている。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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７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。
【００６３】
図７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。
【００６４】
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の場合には例えば１０００〜２０００気圧（約１０１ＭＰａ〜約２０３ＭＰａ）、好ましくは例えば１５００〜１７００気圧（約１５２ＭＰａ〜約１７２ＭＰａ）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。
【００６５】
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、積層体４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。
【００６６】
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】
【００６７】
本発明の実施例について説明する。
【００６８】
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（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）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５０μｍの圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製した。
【００６９】
次に、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。
【００７０】
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２００枚積層した。また、内部電極層となる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２００枚を中心にして、その上下に、内部電極層となる導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシート合計１５枚を積層した。そして、９８０〜１１００℃で焼成し、平面研削盤を用いて所定の形状に研削して端面が５ｍｍ角の積層体を得た。
【００７１】
次に、積層体の側面の導体層の形成部に、銀とガラスにバインダーを混合した導電性ペースト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って、導体層を形成した。
【００７２】
次に、導体層の表面に、Ａｇ粉末とポリイミド樹脂を混合ペースト状にした導電性接合材をディスペンサーにて塗布し、外部電極板を積層体の表面と平行に接続し固定した。
【００７３】
ここで、本発明実施例として、図５に示す縦断面を有する厚み１００μｍ、幅１．２ｍｍの外部電極板を用いて試料１の積層型圧電素子を作製した。具体的には、図に示す距離Ｌ１を５ｍｍとした。
【００７４】
また、比較例として、図８に示す縦断面を有する厚み１００μｍ、幅１．２ｍｍの外部電極板を用いて試料２の積層型圧電素子を作製した。具体的には、図に示す距離Ｌ２を５ｍｍとした。
【００７５】
また、比較例として、図９に示す縦断面を有する厚み１００μｍ、幅１．２ｍｍの外部電極板を用いて試料３の積層型圧電素子も作製した。このものは、積層体の端面から積層方向に延出し、この方向に向かって真っ直ぐに伸びる形状をしており、図に示す距離Ｌ３を同様に５ｍｍとした。
【００７６】
これらの積層型圧電素子に、外部電極板に溶接で接合された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３０μｍの変位量が得られた。
【００７７】
その後、各試料について、温度２５℃、湿度６０％の試験環境下で、周波数１５０Ｈｚのサイン波形にて１時間駆動させ、１時間停止する冷熱サイクル連続を５０回実施した。
【００７８】
その結果、試料１は連続運転後の変位量の低下率が１％となった。また、試料２は変位量の低下率が５％となった。試料３は変位量の低下率が１０％となった。
【００７９】
また、試料１は駆動停止中に発生する結露による水分が接合領域の端部にかからないので水分による接合領域の端部の腐食が抑制され、変位量の低下率が低く抑えられた。これに対し、試料２、試料３は駆動停止中に発生する結露による水分が接合領域の端部に伝っていくので、腐食し、導電性が低下して、変位量の低下率が大きくなった。特に、試料３については真っ直ぐな形状なので水分が伝いやすいことから、腐食が進み、最も大きい低下率となった。
【００８０】
以上の結果から、本発明によれば、長期間の耐久性に優れた積層型圧電素子を実現することができることがわかる。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・積層型圧電素子
２・・・圧電体層
３・・・内部電極層
４・・・積層体
５・・・外部電極板
５１・・・接合領域
５２・・・延出領域
５２ａ・・・第１の折り曲げ部
５２ｂ・・・第２の折り曲げ部
６・・・導体層
７・・・導電性接合材
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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