(57)【要約】  【課題】  圧電体層と内部電極層との界面や内部電極層に発生した微小なクラックの進展を抑制することのできる積層型圧電素子およびこれを備えた圧電アクチュエータ、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および内部電極層３が積層された積層体４と、積層体４の側面に設けられて内部電極層３と導電性接合材５を介して電気的に接続された外部電極６とを含み、外部電極６には積層体４に向けて突出する突起６１があることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、該積層体の側面に設けられて前記内部電極層と導電性接合材を介して電気的に接続された外部電極とを含み、前記外部電極には前記積層体に向けて突出する突起があることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記突起が積層方向に垂直な前記外部電極の幅方向に延び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】
前記外部電極は前記幅方向の両端から中央に向かって交互に設けられた複数のスリットおよび前記幅方向に延びる複数の孔の少なくとも一方を有しており、前記スリットまたは前記孔の周縁に前記突起があ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】
前記突起が前記スリットまたは前記孔における前記幅方向の端から端にかけて連続して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。
【請求項５】
前記突起は前記幅方向の端において突出する長さが前記幅方向の中央部において突出する長さよりも長くなっていることを特徴とする請求項４に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記積層体の側面には前記内部電極層と電気的に接続された導体層が設けられ、前記突起は前記幅方向の端において前記導体層に食い込んでいる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７】
前記積層体の側面には前記内部電極層と電気的に接続された導体層が設けられ、前記突起が前記導体層に食い込んでい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８】
前記導電性接合材は金属粒子が樹脂の中に分散されてなるものであり、前記突起の少なくとも表面の金属成分が前記金属粒子に含まれてい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】
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、該積層型圧電素子を内部に収容するケースとを備えていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
噴射孔を有する容器と、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、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圧電アクチュエータ、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、圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、この積層体の側面に設けられて内部電極層と導電性接合材を介して電気的に接続された外部電極とを含む構成のものが知られている（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２００５−２２３０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
積層型圧電素子の駆動時の伸縮により、圧電体層と内部電極層との界面や内部電極層に発生した微小なクラックが導電性接合材を貫通して外部電極との界面を進展し、外部電極と導電性接合材との電気的接合が保たれなくなり、耐久性が悪くなるおそれがあるという問題があった。【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、圧電体層と内部電極層との界面や内部電極層に発生した微小なクラックの進展を抑制することのできる積層型圧電素子およびこれを備えた圧電アクチュエータ、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】
本発明の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、該積層体の側面に設けられて前記内部電極層と導電性接合材を介して電気的に接続された外部電極とを含み、前記外部電極には前記積層体に向けて突出する突起があることを特徴とする。【０００７】
また、本発明は、積層型圧電素子と、該積層型圧電素子を内部に収容するケースとを備えていることを特徴とする圧電アクチュエータである。【０００８】
また、本発明は、噴射孔を有する容器と、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。【０００９】
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】
【００１０】
本発明の積層型圧電素子によれば、外部電極には積層体に向けて突出する突起があることにより、圧電体層と内部電極層との界面や内部電極層から導電性接合材を貫通して外部電極との界面へと進展するクラックが突起で止まり、また突起では外部電極と導電性接合材との間で常に導通が確保されるため、電気的接合が保たれて耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面の一部拡大図である。
【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一部拡大斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した断面の一部拡大図である。
【図４】（ａ）は本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す一部拡大斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す外部電極を積層体側から見た説明図である。
【図５】（ａ）は本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す一部拡大斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す外部電極の概略斜視図である。
【図６】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す一部拡大断面図である。
【図７】本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例を示す概略断面図である
【図８】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９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１（ａ）は本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面の一部拡大図である。図１に示す積層型圧電素子１は、圧電体層２および内部電極層３が積層された積層体４と、積層体４の側面に設けられて内部電極層３と導電性接合材５を介して電気的に接続された外部電極６とを含み、外部電極６には積層体４に向けて突出する突起６１があることを特徴とするものである。
【００１４】
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１〜１００ｍｍの直方体状に形成されている。
【００１５】
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。
【００１６】
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、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）がそれぞれ積層体の対向する一対の側面に互い違いに導出されて、導電性接合材５を介して外部電極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。
【００１７】
積層体４の側面には、内部電極層３と電気的に接続されるようにして、導電性接合材５を介して外部電極６が設けられている。
【００１８】
ここで用いられる導電性接合材５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。導電性接合材５は、例えば５〜５００μｍの厚さに形成される。
【００１９】
また、外部電極６は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属からなる板状体であり、例えば長さ２０〜８０ｍｍ、幅０．５〜１０ｍｍ、厚み０．０１〜１．０ｍｍに形成されたものである。外部電極６としては、図１に示すような単なる平板状のもののほか、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、例えば幅方向にスリットの入った形状、網目状に加工された金属板などが挙げられる。図３に示す例では、幅方向にスリット６２が入っているとともに、スリット６２間に幅方向に延びる形状の孔６３が設けられている。さらに、外部電極６は上述の長さよりも長く、積層体４の端面から延出するような長さであってもよい。
【００２０】
なお、図１および図２に示すように、外部電極６は積層体４の積層方向に沿った側面に導電性接合材５を介して直接接合されていてもよく、図３に示すように、積層体４の側面に内部電極層３と電気的に接続された導体層７が設けられたうえで、外部電極６が導体層７の表面に導電性接合材５を介して接合されていてもよい。
【００２１】
図３に示す場合において、積層体４の側面に設けられて内部電極層３と電気的に接続された一対の導体層７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。この導体層７の厚みは、例えば５〜５００μｍとされる。
【００２２】
そして、外部電極６は積層体４に向けて突出する突起６１を有している。
【００２３】
この構成によれば、積層型圧電素子１の駆動時に積層体４の内部で発生する微小なクラックが、導電性接合材５を貫通して外部電極６との界面に進展しようとする際に、その経路の途中にある突起６１で止まることから、クラックの進展を抑制することができる。また、突起６１では外部電極６と導電性接合材５との間で常に導通が確保される。したがって、外部電極６との電気的接合が保たれ、耐久性が向上する。
【００２４】
なお、突起６１の突出量（長さ）は、少なくとも０．０１ｍｍあるのがよく、導電性接合材５の厚みに対して１０％以上の突出量であるのがよい。また、突起６１の形状は、断面形状が先端に向かって細くなるような形状（例えば断面Ｖ字状など）、逆に断面形状が先端に向かって太くなるような形状、アンカー形状（例えば断面Ｌ字状など）などが挙げられるが、後述する導体層７に食い込ませる点では断面形状が先端に向かって細くなるような形状（例えば断面Ｖ字状など）が好ましく、アンカー効果の点では逆に断面形状が先端に向かって太くなるような形状、アンカー形状（例えば断面Ｌ字状など）なども好ましく採用することができる。
【００２５】
ここで、図２に示すように、突起６１が積層方向に垂直な外部電極６の幅方向に延びているのが好ましい。ここで、幅方向に延びているとは、幅方向に細長い形状になっていることを意味している。この構成によれば、積層方向のクラックの進展を遮断する領域が幅方向に延びて、積層方向のクラックの進展をより効果的に抑制することができる。また、常に導通が確保される領域をより増加させることができる。
【００２６】
また、図４に示すように、外部電極６が幅方向の両端から中央部に向かって交互に設けられた複数のスリット６２および幅方向に延びる複数の孔６３の少なくとも一方を有しており、スリット６２または孔６３の周縁に突起があるのが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、スリット６２または孔６３に向かって導電性接合材５を貫通したクラックが積層方向に進展しようとするのをより抑制することができる。
【００２８】
特に、図４に示すように、突起６１がスリット６２または孔６３における外部電極６の幅方向の端から端にかけて連続しているのが好ましい。例えば、スリット６２および孔６３が正面（側面に垂直な方向）から見て矩形状であるような場合などに適用することができる。この構成によれば、スリット６２または孔６３に向かって導電性接合材５を貫通したクラックが積層方向に進展しようとするのを完全に遮断することができる。
【００２９】
また、図５（ｂ）に示すように、突起６１が幅方向の端において突出する長さが幅方向の中央部において突出する長さよりも長くなっているのが好ましく、この構成によれば、長く突出した突起６１を起点にして駆動時の積層体４の伸縮に対する追従性が高まることで、外部電極６と導電性接合材５との接合強度を保持することができる。
【００３０】
また、図５（ａ）に示すように、積層体４の側面に内部電極層３と電気的に接続された導体層７が設けられた場合、すなわち積層体の側面４と導電性接合材５との間に導体層７が設けられた場合、突起６１は幅方向の端において導体層７に食い込んでいるのが好ましい。導電性接合材５を突き抜けて導体層７まで突起６１が食い込んでいることで、駆動時の積層体４の伸縮に追従して、導体層７と外部電極６とが同時に動くことで、さらなる電気的接合の信頼性が向上する。
【００３１】
幅方向の端における突起６１の突出量（長さ）は、少なくとも０．０５ｍｍあるのがよく、導電性接合材５を突き抜けて、導体層７の厚みの８０％の位置まで突出しているのが効果的である。
【００３２】
また、幅方向の端に限らず、他の部位においても、突起６１が導電性接合材５を突き抜けて導体層７まで食い込んでいてもよい。例えば、幅方向の中央部において、突起６１が導電性接合材５を突き抜けて導体層７まで食い込んでいてもよい。また、突起６１が幅方向の全域において導体層に食い込んでいてもよく、これにより、さらなる電気的接合の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
さらに、幅方向の端から端にかけて連続していない突起６１の場合であっても、導体層７まで突起６１が食い込んでいるのがよく、これにより、外部電極６と導体層７との電気的接合が保たれ、耐久性が向上する。
【００３４】
また、図６に示すように、導電性接合材５は金属粒子５１が樹脂５２の中に分散されてなるものであり、突起６１の少なくとも表面の金属成分が金属粒子５１に含まれているのが好ましい。例えば、突起６１の表面にめっきにより銀からなる被膜が１〜１５μｍの厚みで設けられており、金属粒子５１には銀成分が５０〜９０％含まれる構成が挙げられる。
なお、銀の他にも、金、銅、ニッケルなども同様に用いることができる。
【００３５】
突起６１の少なくとも表面にある金属成分と同じ金属成分が金属粒子５１に含まれていることで、熱膨張による突起６１の表面と金属粒子５１とのズレを小さくすることができ、また外部電極６と導電性接合材５との接合強度を高くすることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、導体層のパターンで積層体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７を形成する。
【００４１】
次に、導電性接合材５を介して外部電極６を積層体４の側面に接合する。なお、導体層７が積層体４の側面に形成されている場合は、導体層７の表面に外部電極６を接合する。
【００４２】
導電性接合材５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。
【００４３】
外部電極６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、突起６１に対応する形状を有する金型を用いて、金型による打ち抜き後または打ち抜きと同時にこの金属平板に突起を形成することができる。また、例えば所望する形状に加工されたオスとメス一対の金型で打ち抜いて形成し、この際に一対の金型のクリアランスを調整する事により、所定位置に突起６１を形成することもできる。さらに、金型で一旦打ち抜かれた後のやすり加工による形成や、溶接による形成であってもよい。
【００４４】
その後、一対の積層体の側面４（一対の導体層７の表面）にそれぞれ接続した外部電極６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６を介して導体層７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。
【００４５】
次に、本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の例について説明する。図７は、本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【００４６】
図７に示すように、本例の圧電アクチュエータ１１は、積層型圧電素子１をケース１３に収容してなるものである。
【００４７】
具体的には、ケース１３は、上端が塞がれ下端が開口したケース本体１５と、ケース本体１５の開口を塞ぐようにケース本体１５に取り付けられた蓋部材１７とで構成され、積層型圧電素子１の両端面をケース１３の上端内壁および下端内壁にそれぞれ当接させるようにして積層型圧電素子１がケース１３の内部に例えば不活性ガスとともに封入され収容されている。
【００４８】
ケース本体１５および蓋部材１７は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどの金属材料で形成されたものである。ケース本体１５は、上端が塞がれ下端が開口した筒状体であり、積層体７の積層方向に伸縮可能に例えばベローズ（蛇腹）形状となっている。また、蓋部材１７は、ケース本体１５の開口を塞ぐように例えば板状に形成されている。蓋部材１７には外部リード部材８を挿通可能な貫通孔が２つ形成されており、外部リード部材８を貫通孔に挿通させて外部電極６と外部とを電気的に導通させている。そして、貫通孔の隙間には軟質ガラス等を充填していて、この外部リード部材８を固定するとともに、外気の侵入を防いでいる。
【００４９】
本例の圧電アクチュエータ１１によれば、長期間安定して駆動することができる。
【００５０】
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８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。
【００５１】
図８に示すように、本例の噴射装置１９は、一端に噴射孔２１を有する収納容器（容器）２３の内部に上記の例の積層型圧電素子１が収納されている。
【００５２】
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（図示せず）に、噴射孔２１から吐出されるように構成されている。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、本例の噴射装置１９は、噴射孔２１を有する容器２３と、上記の例の積層型圧電素子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、本例の噴射装置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。本例の噴射装置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。
【００５７】
上記の例の積層型圧電素子１を採用した本例の噴射装置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。
【００５８】
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９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。
【００５９】
図９に示すように、本例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上記の例の噴射装置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。
【００６０】
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本例の燃料噴射システム３５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）、好ましくは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。
【００６１】
本例の燃料噴射システム３５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。
【００６２】
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、積層型圧電素子１における外部電極６は、上記の例では積層体４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６を積層体４の隣り合う側面に形成してもよいし、積層体４の同一の側面に形成してもよい。また、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。
【実施例】
【００６３】
以下、本例の積層型圧電素子と比較例の積層型圧電素子とを準備して実験を行った。【００６４】
本例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。【００６５】
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。【００６６】
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。【００６７】
そして、９８０〜１１００℃で焼成し、平面研削盤を用いて５ｍｍ角の形状に研削して積層体を得た。次に、積層体の積層方向に沿った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。【００６８】
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、外部電極を積層体の表面上に載せて導電性接合材を硬化させることにより、固定した。【００６９】
ここで、本例の外部電極は、幅１．５ｍｍで厚み０．１ｍｍのりん青銅の平板に１〜１５μｍの厚みの銀めっきを施した後、幅方向に複数の矩形状のスリットを設けたオスとメス一対の金型で打ち抜いて形成したものとした。そして、打ち抜き金型のクリアランスを調整することにより、スリットの周縁部であって幅方向に平行な端から端まで、高さ０．０１ｍｍの連続した突起が形成された外部電極とした。【００７０】
これに対し、比較例としての外部電極は、幅１．５ｍｍで厚み０．１ｍｍのりん青銅の平板に１〜１５μｍの厚みの銀めっきを施したものとした。【００７１】
これらの積層型圧電素子に、外部電極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後、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。【００７２】
さらに、３０℃、９０％の湿度内で０Ｖ〜＋１６０Ｖの交流電圧を１５０Ｈｚの周波数で印加して、連続駆動した耐久性試験を行なったところ、比較例の積層型圧電素子では、１×１０４回の連続駆動で外部電極と導電性接合材の界面にクラックが進展し駆動変位量が低下した。これに対し、本例の積層型圧電素子は、連続駆動１×１０７回をすぎてもクラック進展が抑制でき、安定な駆動をすることが確認できた。【００７３】
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。
【符号の説明】
【００７４】
１：積層体圧電素子
２：圧電体層
３：内部電極層
４：積層体
５：導電性接合材
６：外部電極
６１：突起
７：導体層
１１：圧電アクチュエータ
１３：ケース
１５：ケース本体
１７：蓋部材
８：外部リード部材
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】
2014025050.tif 000003
【図２】
2014025050.tif 000004
【図３】
2014025050.tif 000005
【図４】
2014025050.tif 000006
【図５】
2014025050.tif 000007
【図６】
2014025050.tif 000008
【図７】
2014025050.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014025050.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月23日(2015.7.23)
【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】
圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、該積層体の側面に設けられて前記内部電極層と導電性接合材を介して電気的に接続された外部電極とを含み、
該外部電極は、
前記積層体に向けて突出する突起と、
積層方向に垂直な幅方向の両端から中央に向かって交互に設けられた複数のスリットおよび前記幅方向に延びる複数の孔の少なくとも一方とを有しており、
前記突起は、前記スリットまたは前記孔の周縁で、かつ前記スリットまたは前記孔における前記幅方向の端から端にかけて連続して設けられていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記突起は前記幅方向の端において突出する長さが前記幅方向の中央部において突出する長さよりも長くなっ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】
前記積層体の側面には前記内部電極層と電気的に接続された導体層が設けられ、前記突起は前記幅方向の端において前記導体層に食い込んでいることを特徴とする請求項２に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、該積層体の側面に設けられて前記内部電極層と導電性接合材を介して電気的に接続された外部電極とを含み、該外部電極には前記積層体に向けて突出する突起があり、
前記積層体の側面には前記内部電極層と電気的に接続された導体層が設けられ、前記突起が前記導体層に食い込んでいることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項５】
前記突起が積層方向に垂直な前記外部電極の幅方向に延びていることを特徴とする請求項４に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記外部電極は前記幅方向の両端から中央に向かって交互に設けられた複数のスリットおよび前記幅方向に延びる複数の孔の少なくとも一方を有しており、前記スリットまたは前記孔の周縁に前記突起があることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
前記導電性接合材は金属粒子が樹脂の中に分散されてなるものであり、前記突起の少なくとも表面の金属成分が前記金属粒子に含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求
項６のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
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と、該積層型圧電素子を内部に収容するケースとを備えていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項９】
噴射孔を有する容器と、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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
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積層された積層体と、該積層体の側面に設けられて前記内部電極層と導電性接合材を介して電気的に接続された外部電極とを含み、該外部電極は、前記積層体に向けて突出する突起と、積層方向に垂直な幅方向の両端から中央に向かって交互に設けられた複数のスリットおよび前記幅方向に延びる複数の孔の少なくとも一方とを有しており、前記突起は、前記スリットまたは前記孔の周縁で、かつ前記スリットまたは前記孔における前記幅方向の端から端にかけて連続して設けられていることを特徴とする。
【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、外部電極には積層体に向けて突出する突起があることにより、圧電体層と内部電極層との界面や内部電極層から導電性接合材を貫通して外部電極との界面へと進展するクラックが突起で止まり、また突起では外部電極と導電性接合材との間で常に導通が確保されるため、電気的接合が保たれて耐久性が向上する。また、突起がスリットまたは孔における外部電極の幅方向の端から端にかけて連続していることにより、スリットまたは孔に向かって導電性接合材を貫通したクラックが積層方向に進展しようとするのを遮断することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
また、図４に示すように、外部電極６が幅方向の両端から中央部に向かって交互に設けられた複数のスリット６２および幅方向に延びる複数の孔６３の少なくとも一方を有して
おり、スリット６２または孔６３の周縁に突起がある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
特に、図４に示すように、突起６１がスリット６２または孔６３における外部電極６の幅方向の端から端にかけて連続している。例えば、スリット６２および孔６３が正面（側面に垂直な方向）から見て矩形状であるような場合などに適用することができる。この構成によれば、スリット６２または孔６３に向かって導電性接合材５を貫通したクラックが積層方向に進展しようとするのを完全に遮断することができる。
【国際調査報告】
2014025050.tif 000012
2014025050.tif 000013
2014025050.tif 000014