(57)【要約】  【課題】  積層体のエッジ部において隣接する内部電極層同士が短絡することを効果的に抑制して、耐久性を向上させた積層型圧電素子を得ること。  【解決手段】  積層型圧電素子１は、圧電体層１１と内部電極層１３とが交互に積層された角柱状の積層体１５を含む積層型圧電体素子１であって、積層体１５は、側周面の稜部１５ｅが研磨加工されて面取り部とされているとともに、面取り部に形成された線状の研磨加工痕が内部電極層１３に沿った方向に延びている。【選択図】  図２
2010013669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と内部電極層とが交互に積層された角柱状の積層体を含む積層型圧電体素子であって、前記積層体は、側周面の稜部が研磨加工されて面取り部とされているとともに、該面取り部に形成された線状の研磨加工痕が前記内部電極層に沿った方向に延びていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記積層体は、線状の前記研磨加工痕が前記面取り部からそれに隣接する側周面の平坦面に亘って前記内部電極層に沿った方向に延びるように形成さ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、前記側周面の前記面取り部と前記平坦面との表面粗さが同じで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】
圧電体層と内部電極層とが交互に積層された角柱状の積層体を含む積層型圧電体素子の製造方法であって、前記積層体の両端部を保持して前記積層体を長手方向の軸周りに回転させながら前記積層体の側周面を研磨具によって研磨することを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項５】
前記研磨具は、前記積層体の側周面の全周を研磨するように回転する前記積層体の側周面に対して進退可能に設置され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の製造方法。
【請求項６】
前記積層体の両端面が、ビッカース硬度Ｈｖが２０以上１００以下の保持具によって１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の押圧力で押圧されることによって保持され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の製造方法。
【請求項７】
噴出孔を有する容器と、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に充填された液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８】
高圧燃料を蓄えるコモンレールと、この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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体を用いた積層型圧電素子、積層型圧電素子の製造方法、噴射装置および燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の圧電体層が内部電極層を介して積層された積層体を備え、その積層体の側面に一対の外部電極が形成された積層型圧電素子（以下、単に「素子」ともいう）が知られている。この素子は、一般に、周方向に平面部と隣接する平面部同士を繋ぐ稜部（エッジ部）とで構成されており、素子に外部電極から電圧が印加されると、エッジ部において隣接する内部電極層同士が短絡（ショート）し易い。【０００３】
これは、積層体を角柱状等の形状に整形するために積層体の表面を研磨加工する際に、積層体の表面に線状の研磨加工痕が形成され、エッジ部において線状の研磨加工痕が隣接する内部電極層に亘って形成され易いことに起因している。すなわち、積層型圧電素子を駆動させると、隣接する内部電極層に亘って形成された線状の研磨加工痕が応力によってクラックとして進展し、そのクラックを通じて沿面放電によって、あるいは内部電極層の導体成分がクラックを通じて拡散等により移動して、隣接する内部電極層同士が短絡するものと考えられる。【０００４】
そこで、エッジ部がＣ面またはＲ面となるように積層体に面取り加工を施すことによって、エッジ部付近に生じる応力を低減した素子が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006−120579号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年、高電圧および高圧力下で長期間連続駆動できることが素子に要求されており、さらなる耐久性の向上が望まれている。すなわち、特許文献１に記載されているようにエッジ部がＣ面またはＲ面となるように積層体に面取り加工を施しただけでは、隣接する内部電極層同士が短絡することを十分に抑制することは難しいという問題点があった。【０００７】
本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、積層体のエッジ部において隣接する内部電極層同士が短絡することを効果的に抑制して、耐久性を向上させた積層型圧電素子を提供すること、またその積層型圧電素子の製造方法、その積層型圧電素子を用いた噴射装置および燃料噴射システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層された角柱状の積層体を含む積層型圧電体素子であって、前記積層体は、側周面の稜部が研磨加工されて面取り部とされているとともに、該面取り部に形成された線状の研磨加工痕が前記内部電極層に沿った方向に延びている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好ましくは、前記積層体は、線状の前記研磨加工痕が前記面取り部からそれに隣接する側周面の平坦面に亘って前記内部電極層に沿った方向に延びるように形成され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好ましくは、前記積層体は、前記側周面の前記面取り部と前記平坦面との表面粗さが同じであることを特徴とするものである。【００１１】
本発明の積層型圧電素子の製造方法は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層された角柱状の積層体を含む積層型圧電体素子の製造方法であって、前記積層体の両端部を保持して前記積層体を長手方向の軸周りに回転させながら前記積層体の側周面を研磨具によって研磨す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の製造方法は好ましくは、前記研磨具は、前記積層体の側周面の全周を研磨するように回転する前記積層体の側周面に対して進退可能に設置されている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の製造方法は好ましくは、前記積層体の両端面が、ビッカース硬度Ｈｖが２０以上１００以下の保持具を用いて１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の押圧力で押圧することによって保持されていることを特徴とするものである。【００１４】
本発明の噴射装置は、噴出孔を有する容器と、上記いずれかの本発明の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に充填された液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。【００１５】
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、この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】
【００１６】
本発明の積層型圧電素子によれば、圧電体層と内部電極層とが交互に積層された角柱状の積層体を含む積層型圧電体素子であって、積層体は、側周面の稜部が研磨加工されて面取り部とされているとともに、面取り部に形成された線状の研磨加工痕が内部電極層に沿った方向に延びていることから、角柱状の積層体の稜部（エッジ部）において線状の研磨加工痕が内部電極層に沿って形成されているので、積層型圧電素子の連続駆動によって線状の研磨加工痕に沿って応力によって発生したクラックが進展しても、そのクラックは隣接する内部電極層同士を繋げることはない。その結果、エッジ部において隣接する内部電極層同士が短絡することを効果的に抑制して、耐久性を向上させることができる。【００１７】
また、本発明の積層型圧電素子によれば、積層体は、線状の研磨加工痕が面取り部からそれに隣接する側周面の平坦面に亘って内部電極層に沿った方向に延びるように形成されているときには、積層体のエッジ部だけでなく平坦面においても隣接する内部電極層同士が短絡することを効果的に抑制することができるので、耐久性をより向上させることができる。【００１８】
また、本発明の積層型圧電素子によれば、積層体は、側周面の面取り部と平坦面との表面粗さが同じであるときには、内部電極層が積層体の側周面に露出した部分の表面粗さが積層体の側周面のどの部分においても同程度になり、内部電極層における局所的な電界の集中がなくなるので、内部電極層の一部に応力が集中することを抑制することができる。その結果、積層体の側周面のどの部分においても隣接する内部電極層同士が短絡することを効果的に抑制して、耐久性をより向上させることができる。【００１９】
本発明の積層型圧電素子の製造方法によれば、圧電体層と内部電極層とが交互に積層された角柱状の積層体を含む積層型圧電体素子の製造方法であって、積層体の両端部を保持して積層体を長手方向の軸周りに回転させながら積層体の側周面を研磨具によって研磨することから、積層体の側周面に内部電極層に沿った方向に延びる線状の研磨加工痕を形成することができる。その結果、積層体のエッジ部において隣接する内部電極層同士が短絡することが効果的に抑制されるので、耐久性が向上した積層型圧電素子を製造することができる。【００２０】
また、本発明の積層型圧電素子の製造方法によれば、研磨具は、積層体の側周面の全周を研磨するように回転する積層体の側周面に対して進退可能に設置されているときには、積層体の側周面のどの部分においても内部電極層に沿った方向に延びる線状の研磨加工痕を同程度の深さでもって形成することができる。その結果、積層体の側周面において隣接する内部電極層同士が短絡することが効果的に抑制されるので、耐久性がより向上した積層型圧電素子を製造することができる。【００２１】
また、本発明の積層型圧電素子の製造方法によれば、積層体の両端面が、ビッカース硬度Ｈｖが２０以上１００以下の保持具を用いて１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の押圧力で押圧することによって保持されるときには、保持具のビッカース硬度Ｈｖが高過ぎないことから、保持具が積層体を保持する際に、保持具における積層体の両端面との接触面が、積層体に対して押圧されることによって積層体の両端面にフィットするように変形する。従って、保持具のビッカース硬度Ｈｖが高過ぎる場合と比較して、保持具および積層体の両端面の間に大きい摩擦力が生じて、より大きい力で保持具によって積層体を保持することができる。従って、研磨する際に、積層体が保持具からずれてしまって研磨の精度が低下してしまうことを抑制する。【００２２】
また、積層体が１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の押圧力で押圧することによって保持されるので、研磨加工の際に積層体が長手方向に縮むことにより、積層体が長手方向に直交する方向に変形することを抑制することができる。従って、研磨砥石が存在する方向から研磨の抵抗および研磨液による圧力等が積層体に作用した場合に、積層体が長手方向に直交する方向の中でも研磨砥石から逃げる方向に変形しようとするのを抑制することができる。従って、研磨砥石から逃げる方向に変形する積層体の中央部と、変形しない積層体の両端部との間で、研磨が均一にできなくなることを抑制できる。その結果、積層体の側面を、ある部分に偏らせることなく、均等に研磨することができる。【００２３】
本発明の噴射装置は、噴出孔を有する容器と、上記本発明の積層型圧電素子とを備え、容器内に充填された液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、耐久性に優れた本発明の積層型圧電素子を用いているため、耐久性に優れた噴射装置となる。【００２４】
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、この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、耐久性に優れた本発明の積層型圧電素子を用いた噴射装置を用いているため、耐久性に優れた燃料噴射システムとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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側面図である。
【図２】図１に示す積層型圧電素子の斜視図である。
【図３】本発明の積層型圧電素子の製造方法の実施の形態の一例について研磨工程を示す概略的な側面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の積層型圧電素子の製造方法の実施の形態の他の例について研磨工程を示す概略的な平面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、同じく研磨工程を示す概略的な縦断面図である。
【図５】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６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２７】
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側面図であり、図２は、図１に示す積層型圧電素子の斜視図である。
【００２８】
本例の積層型圧電素子１は、圧電体層１１と内部電極層１３とが交互に積層された角柱状の積層体１５を含む積層型圧電体素子１であって、積層体１５は、側周面の稜部１５ｅが研磨加工されて面取り部とされているとともに、面取り部に形成された線状の研磨加工痕が内部電極層１３に沿った方向に延びているものである。
【００２９】
このような構成によれば、角柱状の積層体１５の稜部（エッジ部）１５ｅにおいて線状の研磨加工痕が内部電極層１３に沿って形成されているので、積層型圧電素子１の連続駆動によって線状の研磨加工痕が応力によりクラックとして進展しても、そのクラックが隣接する内部電極層１３同士を繋げることはない。その結果、エッジ部１５ｅにおいて隣接する内部電極層１３同士が短絡することを効果的に抑制することができるので、耐久性を向上させることができる。
【００３０】
積層型圧電素子１においては、積層体１５の側周面の平坦面である側面には、一対の外部電極１７（負極の外部電極１７ａ，正極の外部電極１７ｂ）が形成されている。積層体１５は、内部電極層１３同士が対向する対向部１９と、この対向部１９に対して積層方向の両端部側に位置する非対向部２１とを備えている。対向部１９は圧電体層１１が積層方向に伸長または圧縮する活性部であり、非対向部２１は圧電体層１１が積層方向に伸長または圧縮しない不活性部である。すなわち、非対向部２１は、電圧印加時に駆動に寄与する内部電極層１３同士が対向していない部位であり、自らは駆動しない部位（不活性部）である。この非対向部２１には、金属層などが含まれていてもよい。
【００３１】
圧電体層１１は、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等から成り、厚みは３０〜２００μｍ程度である。また、内部電極層１３は、銀−パラジウム等の金属粉末の焼成体等から成り、厚みは１〜５μｍ程度である。
【００３２】
外部電極１７は、銀粉末およびガラス粉末の焼成体等から成り、厚みは１０〜５０μｍ程度である。
【００３３】
線状の研磨加工痕の平均的な深さ、長さおよび幅は、積層体および研磨具の回転速度、研磨具の研磨圧力、ならびに積層体および研磨具の材質等の研磨条件にもよるが、深さは２μｍ〜５μｍ程度であり、長さはほぼ周方向に連続しており、幅は１０μｍ〜５０μｍ程度であることが好ましいものの、特に限定されるものではない。また、面取り部に形成された線状の研磨加工痕は、積層体１５の側周面において内部電極層１３に沿った方向に延びているが、この線状の研磨加工痕は、内部電極層１３の主面の面方向に平行であることが好ましい。この場合には、隣接する内部電極層１３同士を繋ぐようなクラックの発生をより有効に抑えることができる。また、面取り部に形成された線状の研磨加工痕は、内部電極層１３の主面の面方向に完全に平行でなくてもよく、内部電極層１３の主面の面方向に対して３０°程度以下の角度をなして形成されていてもよい。この場合は、隣接する内部電極層１３同士を繋ぐようなクラックの発生を実質的に発生しないように抑えることができる。
【００３４】
本例の積層型圧電素子１によれば、積層体１５は、線状の研磨加工痕が面取り部からそれに隣接する側周面の平坦面に亘って内部電極層１３に沿った方向に延びるように形成されているときには、エッジ部１５ｅだけでなく平坦面においても隣接する内部電極層１３同士が短絡することを効果的に抑制して、耐久性をより向上させることができる。もちろん、積層体１５の側周面の平坦面（側面）においても、線状の研磨加工痕が内部電極層１３に沿った方向に延びるように形成されていることが好ましい。
【００３５】
なお、線状の研磨加工痕は、積層体１５の側周面を連続して一周していてもよく、途中で途切れていてもよい。また、その場合であっても、線状の研磨加工痕は、積層体１５の側周面において内部電極層１３に沿った方向に延びるように形成されていることが好ましい。
【００３６】
また、角柱状の積層体１５の稜部（エッジ部）１５ｅは、積層体１５の側周面の平坦面に比べて、積層型圧電素子１の連続駆動によって線状の研磨加工痕において応力によるクラックが発生して進展しやすい箇所であることから、積層体１５の稜部（エッジ部）１５ｅにおける線状の研磨加工痕の内部電極層１３に対する平行度が、積層体１５の側周面の平坦面における線状の研磨加工痕の内部電極層１３に対する平行度よりも高いこと、すなわち積層体１５の稜部１５ｅにおける線状の研磨加工痕が、積層体１５の側周面の平坦面における線状の研磨加工痕よりも平行であることが好ましい。
【００３７】
また、角柱状の積層体１５の稜部（エッジ部）１５ｅは、積層体１５の側周面の平坦面に比べて、積層型圧電素子１の連続駆動によって線状の研磨加工痕において応力によるクラックが発生して進展しやすい箇所であることから、積層体１５の稜部（エッジ部）１５ｅにおける線状の研磨加工痕の深さが、積層体１５の側周面の平坦面における線状の研磨加工痕の深さよりも浅いことが好ましい。
【００３８】
また、本例の積層型圧電素子１は好ましくは、積層体１５は、側周面の面取り部と平坦面との表面粗さが同じであることから、内部電極層１３の表面粗さがどの部分においても同程度になり、内部電極層１３における局所的な電界の集中がなくなるので、内部電極層１３の一部に応力が集中することを抑制することができる。その結果、積層体１５の側周面のどの部分においても隣接する内部電極層１３同士が短絡することを効果的に抑制して、耐久性をより向上させることができる。
【００３９】
積層体１５の側周面の面取り部の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）と平坦面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）とは、完全に同じでなくてもよく、±２０％程度異なっていてもよい。具体的には、積層体１５の側周面の面取り部の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）および平坦面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、０．１〜０．７μｍ程度である。このような表面粗さを有する積層体１５は、本例の積層型圧電素子１の製造方法のように、積層体１５の側周面の全周を研磨するように回転する積層体１５の側周面に対して進退可能に設置されている研磨具を用いる方法によって積層体１５を研磨する際に、被研磨物の形状に沿って接近したり、離れたりすることが可能な研磨具を用いることによって作製することができる。
【００４０】
本例の積層型圧電素子１の製造方法は、圧電体層１１と内部電極層１３とが交互に積層された角柱状の積層体１５を含む積層型圧電体素子１の製造方法であって、積層体１５の両端部を保持して積層体１５を長手方向の軸周りに回転させながら積層体１５の側周面を研磨具によって研磨する。
【００４１】
このような構成により、積層体１５の側周面に内部電極層１３に沿った方向に延びる線状の研磨加工痕を形成することができる。その結果、積層体１５のエッジ部１５ｅにおいて隣接する内部電極層１３同士が短絡することが効果的に抑制され、耐久性が向上した積層型圧電素子１を製造することができる。
【００４２】
また、本例の積層型圧電素子１の製造方法は好ましくは、研磨具は、積層体１５の側周面の全周を研磨するように、回転する積層体１５の側周面に対して進退可能に設置されている。
【００４３】
このような構成により、積層体１５の側周面のどの部分においても、内部電極層１３に沿った方向に延びる線状の研磨加工痕を、同程度の深さでもって形成することができる。その結果、積層体１５の側周面において隣接する内部電極層１３同士が短絡することが効果的に抑制され、耐久性がより向上した積層型圧電素子１を製造することができる。
【００４４】
次に、本発明の積層型圧電素子１の製造方法の実施の形態の例について具体的に説明する。
【００４５】
まず、圧電体層１１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、アクリル系あるいは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スラリーを作製する。そして、このスラリーを周知のドクターブレード法や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、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、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３等からなるペロブスカイト型酸化物などを用いることができる。また、可塑剤としては、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジオクチル）などを用いることができる。
【００４６】
次に、内部電極層１３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（Ａｇ−Ｐｄ）等の金属粉末にバインダーおよび可塑剤等を添加混合することで、導電性ペーストを作製することができる。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所定のパターンに印刷する。さらに、この導電性ペーストがスクリーン印刷されたセラミックグリーンシートを複数積層する。そして、焼成することで、交互に積層された圧電体層１１および内部電極層１３を備えた積層体１５を形成することができる。
【００４７】
このとき、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積層して乾燥させることで、未焼成の積層成形体を得る。この未焼成の積層成形体の積層方向の両端側に、導電性ペーストを印刷していないセラミックグリーンシートを複数層積層することにより、この部分が焼成後の積層体１５における非対向部２１となる。この未焼成の積層成形体は、必要に応じて裁断して所望の形態にすることができる。次いで、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積層体１５を得る。
【００４８】
なお、積層体１５は、一部の内部電極層１３に代えて複数の予定破断層が形成されていてもよい。隣接する予定破断層同士の間には、複数の圧電体層１１および内部電極層１３が挟まれるように形成される。例えば、予定破断層として多数の独立した金属粒子を含む多孔質の層を形成する。この多孔質の層を形成するには、例えば、導電性ペースト中にカーボン粉末を含有させて、焼成中にそのカーボン粉末を消失させたり、導電性ペーストの印刷時にドットパターンとなるようにパターン印刷したり、導電性ペーストを印刷乾燥した後にドライアイスブラストを行なって印刷面を荒らしたりする方法がある。
【００４９】
また、多孔質の層となる予定破断層の導電性ペーストと、内部電極層１３の導電性ペーストとの金属成分比率を変えて、焼成中に金属成分の濃度差を利用して、予定破断層から金属を拡散させることによって多孔質とする方法も採用できる。特に、主に銀−パラジウムからなる導電性ペーストを用いて、多孔質の層となる予定破断層の銀濃度を内部電極層１３の銀濃度よりも高くすると、焼成時に銀が液相を形成するとともに圧電体層１１の圧電体粒子間を容易に移動することができるので、極めて均一な多孔質の層を形成できることから好ましい。
【００５０】
次に、積層体１５の側周面を研磨する。図３は研磨工程を示す概略的な側面図である。図３に示すように、積層体１５は、その両端面１５ａ，１５ｂが保持具６１ａ，６１ｂによりそれぞれ押圧されて保持されている。このとき、積層体１５の両端面１５ａ，１５ｂは、積層体１５の中央部側に向かって加圧されている。これにより、積層体１５を長手方向の軸周りに回転させながら積層体１５の側周面を研磨具（研磨砥石６３）によって研磨する。
【００５１】
このようにして積層体１５における複数の側面のうちの１つに研磨砥石６３を接触させつつ研磨し、１つの側面の研磨が終了すると、積層体１５自体の回転角を徐々に変え、その側周面の稜部１５ｅをＣ面またはＲ面に加工し、さらに他の側面の研磨加工を行なう。同様にして、この作業を全ての側面および稜部１５ｅについて行なう。これにより、全ての側周面において、線状の研磨加工痕を内部電極層１３に沿った方向に延びるように形成できる。
【００５２】
研磨砥石６３の形状は、積層体１５と同程度の長さの円柱状等の柱状であるが、柱状に限らず、円板状、あるいは積層体１５よりも短い円柱状、あるいは球状等の形状であってもよい。
【００５３】
積層体１５の両端面１５ａ，１５ｂが、ビッカース硬度Ｈｖが２０以上１００以下の保持具６１ａ，６１ｂを用いて１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の押圧力Ｆで押圧することによって保持されるときには、保持具６１ａ，６１ｂのビッカース硬度Ｈｖが高過ぎないことから、保持具６１ａ，６１ｂが積層体１５を保持する際に、保持具６１ａ，６１ｂにおける積層体１５の両端面１５ａ，１５ｂとの接触面が、積層体１５に対して押圧されることによって積層体１５の両端面１５ａ，１５ｂにフィットするように変形する。従って、保持具６１ａ，６１ｂのビッカース硬度Ｈｖが高過ぎる場合と比較して、保持具６１ａ，６１ｂおよび積層体１５の両端面１５ａ，１５ｂの間に大きい摩擦力が生じるので、より大きい力で保持具６１ａ，６１ｂによって積層体１５を保持することができる。従って、研磨する際に、積層体１５が保持具６１ａ，６１ｂからずれてしまって研磨の精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００５４】
また、積層体１５が１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の押圧力で押圧することによって保持されるので、研磨加工の際に積層体１５が長手方向に縮むことにより、積層体１５が長手方向に直交する方向に変形することを抑制することができる。従って、研磨砥石６３が存在する方向から研磨の抵抗および研磨液による圧力等が積層体１５に作用した場合に、積層体１５が長手方向に直交する方向の中でも研磨砥石６３から逃げる方向に変形しようとするのを抑制することができる。従って、研磨砥石６３から逃げる方向に変形する積層体１５の中央部と、変形しない積層体１５の両端部との間で、研磨が均一にできなくなることを抑制できる。その結果、積層体１５の側面を、ある部分に偏らせることなく、均等に研磨することができる。
【００５５】
なお、研磨の際に積層体１５は回転していることから、積層体１５が研磨砥石６３から逃げる方向に変形したとしても、この変形した部分は研磨砥石６３と接触することによって研磨されると思われる。しかし、実際には、積層体１５は多数の層から成っていることから、多数の節を有していることとほぼ同じ状態である。従って、積層体１５の剛性は高くないので、不十分な押圧力Ｆで押圧して保持すると、研磨砥石６３の側から研磨の抵抗および研磨液による圧力等が積層体１５に作用した場合には、常時、研磨砥石６３から逃げる方向に変形した状態で回転するという現象が起こりうる。一方、押圧力Ｆが高過ぎる場合には、押圧された積層体１５の中央部が両端部よりも太くなった状態で研磨されるようになるので、中央部における研磨量が相対的に大きくなってしまい、加工後に押圧力Ｆが解除されると中央部が両端部よりも細い状態の積層体１５となってしまう現象が起こりうる。
【００５６】
これに対して、押圧力Ｆが１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以上であることにより、積層体１５を十分な押圧力Ｆによって積層体１５を変形させることなく保持することができるので、積層体１５を研磨する際に、積層体１５が保持具６１ａ，６１ｂからずれてしまったり研磨量に偏りが発生したりして研磨の精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００５７】
研磨砥石６３の材質はダイヤモンド等から成り、その回転速度は２０００〜８０００ｒｐｍ程度である。積層体１５も研磨砥石６３と同じ回転方向に回転しており、その回転速度は８０〜１５０ｒｐｍ程度である。
【００５８】
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の積層型圧電素子の製造方法の実施の形態の他の例における各研磨工程を示すものである。この例では、研磨具である研磨砥石６３は、積層体１５の側周面の全周を研磨するように、回転する積層体１５の側周面に対して進退可能に設置されている。すなわち、円柱状の研磨砥石６３の回転軸が、回転する積層体１５の側周面に対して進退可能とされている。このような円柱状の研磨砥石６３の回転軸が進退可能な機構は、回転軸に繋がったモーター等を回転軸に直交する方向に移動可能に設置する等の手段によって実現できる。また、積層体１５から回転軸に加わる力（研磨圧力）を、モーターに取り付けた圧力センサまたはトルク計等によって検知し、その研磨圧力をコンピュータプログラムによって制御することによって、研磨圧力がほぼ一定となるように、あるいは研磨圧力が所定の変化曲線に従うようにして、回転軸に繋がったモーター等を回転軸に直交する方向に移動可能とすることができる。
【００５９】
また、積層体１５の側周面の全周に、一定の深さの研磨加工痕を形成するためには、以下のようにしてもよい。
【００６０】
積層体１５は回転させずに静止させた状態で、研磨砥石６３のみ回転させて、積層体１５の側周面を研磨する。また、研磨砥石６３の回転軸は、積層体１５の長辺方向の軸の周りに亘って移動可能なものとする。従って、積層体１５の長辺方向の軸の周りを移動しつつ、研磨砥石６３自体が回転しているため、積層体１５の側周面の全周を研磨することができる。なお、研磨砥石６３の回転軸を積層体１５の長辺方向の軸の周りに亘って移動させる場合は、研磨砥石６３の半径を考慮して、研磨砥石６３の回転軸を積層体１５の断面形状に対応して移動させるように、予めプログラムで制御しておくとよい。例えば、研磨砥石６３の回転軸に、積層体１５の断面形状の数倍の大きさの四角形状の周縁部に沿った動きをさせた場合には、一定の深さの研磨加工痕を積層体１５の側周面の全周に亘って形成することができるので好ましい。
【００６１】
また、研磨圧力を一定にすることによって、前述したように、積層体１５の側周面のどの部分においても、内部電極層１３に沿った方向に延びる線状の研磨加工痕を同程度の深さで形成することができる。その結果、積層体１５の側周面において隣接する内部電極層１３同士が短絡することが効果的に抑制される。
【００６２】
また、研磨砥石６３によって、積層体１５の側周面のどの部分においても一定の圧力で研磨を行なうためには、研磨砥石６３の回転速度は２０００〜８０００ｒｐｍ程度であり、積層体１５の回転速度は８０〜１５０ｒｐｍ程度であることが好ましい。また、研磨砥石６３の直径は２００〜４００ｍｍ程度であることが好ましい。
【００６３】
図４（ａ）に平面図で示すように、積層体１５は、その両端面１５ａ，１５ｂが保持具６１ａ，６１ｂによってそれぞれ保持されている。
【００６４】
図４（ｂ）は、積層体１５が保持具６１ａ，６１ｂによって押圧されている状態で、研磨砥石６３によって積層体１５のエッジ部１５ｅをＣ面加工している状態を示す縦断面図である。積層体１５の稜部１５ｅの研磨砥石６３側への飛び出しに合わせて、研磨砥石６３が後退してＣ面加工を行なう。
【００６５】
図４（ｃ）は、積層体１５の側面である平坦面を研磨加工している状態を示す縦断面図である。積層体１５の平坦面の研磨砥石６３と反対側への引っ込みに合わせて、研磨砥石６３が前進して研磨加工を行なう。
【００６６】
図４（ｄ）は、積層体１５が保持具６１ａ，６１ｂによって押圧されている状態で、研磨砥石６３によって積層体１５のエッジ部１５ｅをＲ面加工している状態を示す縦断面図である。積層体１５の稜部１５ｅの研磨砥石６３側への飛び出しに合わせて、研磨砥石６３が後退してＲ面加工を行なう。
【００６７】
これら図４（ｂ）〜（ｄ）に示す動作を繰り返すことによって、所定の形状の積層体１５が作製される。そして、積層体１５の側周面の全面において、内部電極層１３に沿った方向に延びる線状の研磨加工痕が形成される。
【００６８】
その後、積層型圧電素子１の積層体１５の外表面に、端部が露出する内部電極層１３との導通が得られるように外部電極１７を形成する。この外部電極１７は、銀粉末およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス導電性ペーストを作製し、これを積層体１５の側面に印刷して、乾燥接着あるいは６００〜８００℃で焼き付けることによって得ることができる。
【００６９】
さらに、外部電極１７の外面に、金属のメッシュもしくはメッシュ状の金属板が埋設された導電性接着剤からなる導電性補助部材（不図示）を形成してもよい。金属のメッシュとは金属線を編み込んだものであり、メッシュ状の金属板とは金属板に孔を形成してメッシュ状にしたものをいう。
【００７０】
次に、シリコーンゴムからなる外装樹脂を含む樹脂溶液に、外部電極１７を形成した積層体１５を浸漬する。そして、シリコーン樹脂溶液を真空脱気することにより、積層体１５の周側面の凹凸部にシリコーン樹脂を密着させ、その後、シリコーン樹脂溶液から積層体１５を引き上げる。これにより、積層体１５の側面にシリコーン樹脂（不図示）がコーティングされる。そして、外部電極１７に通電部としてのリード線（不図示）を導電性接着剤（不図示）等で接続する。
【００７１】
次に、リード線を介して一対の外部電極１７から内部電極層１３によって圧電体層１１に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体１５の圧電体層１１を分極することによって、積層型圧電素子１が完成する。
【００７２】
そして、リード線を外部の電圧供給部（不図示）に接続し、リード線および外部電極１７を介して内部電極層１３によって圧電体層１１に電圧を印加することにより、各圧電体層１１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機構として機能させることが可能となる。
【００７３】
図５は、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５に示すように、噴射装置２５は、一端に噴射孔２７を有する収納容器２９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。収納容器２９内には、噴射孔２７を開閉することができるニードルバルブ３１が配設されている。噴射孔２７には、燃料通路３３がニードルバルブ３１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３３は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路３３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３１が噴射孔２７を開放すると、燃料通路３３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ように構成されている。
【００７４】
また、ニードルバルブ３１の上端部は内径が大きくなっており、収納容器２９に形成されたシリンダ３５と摺動可能なピストン３７が配置されている。そして、収納容器２９内には、上記の例の積層型圧電素子１を備えた圧電アクチュエータが収納されている。
【００７５】
このような噴射装置２５では、圧電アクチュエータが電圧を印加されて伸長すると、ピストン３７が押圧され、ニードルバルブ３１が噴射孔２７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圧電アクチュエータが収縮し、皿バネ３９がピストン３７を押し返し、噴射孔２７が燃料通路３３と連通して燃料の噴射が行なわれる。
【００７６】
また、本例の噴射装置２５は、噴射孔２７を有する容器と、上記の例の積層型圧電素子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２７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。なお、液体には、燃料またはインクなどの他、種々の液状流体（導電性ペースト等）が含まれる。
【００７７】
図６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的なブロック図である。図６に示すように、本例の燃料噴射システム４１は、高圧燃料を蓄えるコモンレール４３と、このコモンレール４３に蓄えられた燃料を噴射する複数の上記の例の噴射装置２５と、コモンレール４３に高圧燃料を供給する圧力ポンプ４５と、噴射装置２５に駆動信号を与える噴射制御ユニット４７とを備えている。
【００７８】
噴射制御ユニット４７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４５は、燃料タンク４９から燃料を１０００〜２０００気圧程度、好ましくは１５００〜１７００気圧程度にしてコモンレール４３に送り込む役割を果たす。コモンレール４３では、圧力ポンプ４５から送られてきた燃料を蓄えて、適宜噴射装置２５に送り込む。噴射装置２５は、上述したように噴射孔２７から少量の燃料を燃焼室内に霧状に噴射する。
【００７９】
なお、本発明は、以上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、本発明の積層型圧電素子は、インクジェットプリンタの印字装置、あるいは圧力センサ等に適用でき、圧電特性を利用した積層型の圧電素子であれば、同様の構成で実施可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１：積層型圧電素子
１１：圧電体層
１３：内部電極層
１５：積層体
１５ａ，１５ｂ：両端面
１５ｅ：稜部（エッジ部）
１７：外部電極
６１ａ，６１ｂ：保持具
６３：研磨砥石（研磨具）
【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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【国際調査報告】
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