(57)【要約】  【課題】  接続部の機械的強度および電気伝導性を低下させることなく、外部リード部材と外部接合部との接合箇所に発生する応力を低減させることのでき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を提供する。  【解決手段】  本発明は、圧電体層３および内部電極層５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５と電気的に接続された導体層８と、導体層８と電気的に接続された外部電極７とを含む積層型圧電素子であって、外部電極７は、導体層８に一方主面の少なくとも一部が接合された外部電極本体７１と、外部端子と電気的に接合される外部接合部７２と、外部電極本体７１および外部接合部７２を接続した接続部７３とからなり、接続部７３は、外部電極本体７１の端面と外部接合部７２の端面との間の領域から突出する部位を有することを特徴とするものである。【選択図】  図１
2013115341.tif 000002
【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電気的に接続された導体層と、該導体層と電気的に接続された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、前記導体層に一方主面の少なくとも一部が接合された外部電極本体と、外部端子と電気的に接合される外部接合部と、前記外部電極本体および前記外部接合部を接続した接続部とからなり、該接続部は、前記外部電極本体の端面と前記外部接合部の端面との間の領域から突出する部位を有することを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記接続部の横断面の面積が前記外部電極本体の端面および前記外部接合部の端面の面積よりも小さい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】
前記接続部が前記外部電極本体の端面および前記外部接合部の端面を除く面に接続さ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】
前記接続部が前記外部電極本体の一方主面以外の側面に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記接続部の形状が前記積層体の側面側から見て弧状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記外部電極本体、前記外部接合部および前記接続部が導体板によって一体に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
前記接続部が前記積層体の積層方向から見て折れ曲がっていることを特徴とする請求項３乃至請求項６のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
前記接続部が前記外部電極本体の一方主面以外の両側面にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
前記接続部が前記外部電極本体の端部および前記外部接合部の端部に連続して接続されており、前記接続部を側面から見たときに屈曲または湾曲した形状をし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１０】
前記接続部が前記外部電極本体の端部および前記外部接合部の端部に連続して湾曲するようになめらかに接続されていることを特徴とする請求項９に記載の積層型圧電素子。
【請求項１１】
前記接続部には貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の積層型圧電素子。
【請求項１２】
前記外部電極本体が前記一方主面と反対側に他方主面を有するとともに、前記外部接合部が主面を有し、前記外部電極本体の前記他方主面および前記外部接合部の前記主面とが同じ方向に面しており、前記外部接合部の前記主面に外部端子が接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１３】
前記外部電極本体が前記一方主面と反対側に他方主面を有するとともに、前記外部接合部が主面と該主面につながる側面とを有し、前記外部電極本体の前記他方主面および前記外部接合部の前記主面とが同じ方向に面しており、前記接続部が、前記外部電極本体の側部より前記積層体から離れる方向に伸びる第１柱部と、前記外部接合部の側部より前記積層体から離れる方向に伸びる第２柱部と、前記第１柱部と前記第２柱部とをつなぐ連結部と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。
【請求項１４】
前記連結部は前記第１柱部および前記第２柱部の端部とそれぞれつながっている請求項１３に記載の積層型圧電素子。
【請求項１５】
前記外部電極本体の他方主面と前記外部接合部の主面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１６】
噴射孔を有する容器と、請求項１乃至請求項１５のうち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１７】
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１６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ものである。
【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電気的に接続された導体層と、導電性接合材を介して導体層と電気的に接続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）。外部電極の端部（外部接合部）に例えば外部リード部材が接合されて外部機器と電気的に接続される。【０００３】
また、外部電極９０を積層体８０の端面から延出させるとともに、図１５に示すように、外部電極本体９０１と外部接合部９０２とを接続部９０３（切欠きによる残部に相当）で接続した構造の積層型圧電素子も知られている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２６１３３９号公報
【特許文献２】特開２００８−１０７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、積層型圧電素子がパルス駆動することで、外部リード部材と外部接合部との接合箇所には応力がかかる。この外部リード部材と外部接合部９０２との接合箇所に発生する応力を低減させるために、接続部９０３の幅を狭くして（切欠きを長くして）剛性を下げる方法が考えられるが、このようにしようとすると、接続部９０３の機械的強度および電気伝導性が低下するという問題がある。【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、接続部の機械的強度および電気伝導性を低下させることなく、外部リード部材と外部接合部との接合箇所に発生する応力を低減させることのでき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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、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電気的に接続された導体層と、該導体層と電気的に接続された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、前記導体層に一方主面の少なくとも一部が接合された外部電極本体と、外部端子と電気的に接合される外部接合部と、前記外部電極本体および前記外部接合部を接続した接続部とからなり、該接続部は、前記外部電極本体の端面と前記外部接合部の端面との間の領域から突出する部位を有するものである。【０００８】
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ている燃料噴射システムである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、接続部の機械的強度および電気伝導性を低下させることなく、外部リード部材と外部接合部との接合箇所に発生する応力を低減させることができる。したがって、外部機器との接合信頼性が高い積層型圧電素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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斜視図である。
【図２】図１に示す積層型圧電素子の要部を示す正面図である。
【図３】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例の要部を示す正面図である。
【図４】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例の要部を示す正面図である。
【図５】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例の要部を示す正面図である。
【図６】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例の要部を示す正面図である。
【図７】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は図７に示す外部電極の作製方法およびバリエーションの説明図である。
【図９】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図１０】（ａ）は図９に示す外部電極の要部拡大図であり、（ｂ）は外部電極の他の例を示す側面図である。
【図１１】（ａ）は本発明における外部電極の他の例の要部拡大斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す外部電極の要部拡大正面図である。
【図１２】本発明における外部電極の他の例の要部拡大斜視図である。
【図１３】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１４】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１５】従来の積層型圧電素子の要部を示す正面図である。
【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例について図面を参照して詳細に説明する。
【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の要部を示す正面図である。なお、ここでいう正面図とは、外部電極本体７１が接合された導体層８（積層体４の側面）に垂直な方向から見た（積層体４の側面側から見た）図のことを意味する。
【００１４】
図１および図２に示す積層型圧電素子は、圧電体層３および内部電極層５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５と電気的に接続された導体層８と、導体層８と電気的に接続された外部電極７とを含む積層型圧電素子であって、外部電極７は、導体層８に一方主面の少なくとも一部が接合された外部電極本体７１と、外部リード部材９と電気的に接合される外部接合部７２と、外部電極本体７１および外部接合部７２を接続した接続部７３とからなり、接続部７３は、外部電極本体７１の端面７１１と外部接合部７２の端面７２１との間の領域から突出する部位を有する。
【００１５】
積層体４は、圧電体層３および内部電極層５が積層されて構成されるもので、例えば圧電体層３および内部電極層５が交互に複数積層された活性部と、活性部の積層方向の両端に配置され圧電体層３が複数積層されて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の柱状に形成されたものである。積層体４の互いに反対側となる側面（対向する側面）には導体層８が設けられている。また、内部電極層５は正極と負極（グランド）とで構成され、それぞれの極が積層体４の互いに反対側となる側面（対向する側面）に導出され、導体層８と電気的に接続されている。
【００１６】
圧電体層３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。
【００１７】
内部電極層５は、圧電体層３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４は、駆動時に内部電極５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、複数の圧電体層３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、内部電極層５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、駆動電圧印加により積層体４が伸長して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るために、内部電極層５や圧電体層３にクラックが生じて電気的ショートや絶縁破壊が起こるのを防ぐことができる。
【００１９】
積層体４の側面には、内部電極層５と電気的に接続された導体層８が設けられている。導体層８は積層体４の側面に積層方向に長く被着されていて、内部電極層５の積層体４側面へ導出された端部に電気的に接続されている。導体層８は、例えば銀などの導電性材料で形成され、積層体４との密着性を上げるためにガラス成分を含んでいることが好ましい。この導体層８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、厚みは例えば１０〜５００μｍである。
【００２０】
また、導体層８と電気的に接続されて外部電極７が設けられている。外部電極７は導電性接合材２を用いて導体層８と接合されている。ここで用いられる導電性接合材２としては、はんだ（環境問題の点で好ましくは非鉛系のはんだ）や導電性樹脂が挙げられ、いずれも厚さは例えば５μｍ〜５００μｍに形成される。
【００２１】
外部電極７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に形成された板状体である。さらに、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たものであってもよい。
【００２２】
そして、外部電極７は、一方主面の少なくとも一部が導体層８に接合された外部電極本体７１と、外部リード部材９と電気的に接合される外部接合部７２と、外部電極本体７１および外部接合部７２を接続した接続部７３とから構成されている。
【００２３】
ここで、上述の導体層８と接合されているのは外部電極本体７１であり、外部電極本体７１は、積層体４の伸縮に追従するため、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、断面波型の入った形状などであるのが好ましい。なお、図１では幅方向にスリットが入っているとともに積層方向に隣り合うスリット間に貫通孔が入った形状を示している。
【００２４】
外部接合部７２には、例えばはんだ１０を介して外部端子としての外部リード部材９が接続され、外部機器と電気的に接続される。
【００２５】
また、この外部接合部７２と外部電極本体７１との間には、接続部７３が設けられている。接続部７３は、積層体４の伸縮により外部機器に他端が固定された外部リード部材９と接合された外部接合部７２と外部電極本体７１との間での応力伝達を緩和するように、必要とされる電気導電性を保ちつつ外部電極本体７１および外部接合部７２よりも剛性が低くなっているか、または積層体４の積層方向の伸縮および積層体４の側面に垂直な方向の曲げに対して剛性が低くなっているものである。
【００２６】
外部電極本体７１および外部接合部７２よりも接続部７３の剛性を低くした構成として、具体的には、図１に示すように、接続部７３の形状が外部電極本体７１および外部接合部７２よりも幅の狭い（断面積の小さい）形状、すなわち接続部７３の横断面の面積が外部電極本体７１の端面および外部接合部７２の端面の面積よりも小さい形状である構成が挙げられる。この場合、外部電極本体７１が接続部７３よりも大きな幅をもって形成されていることで、外部電極本体７１を導電性接合材２で積層体４に接合しやすく、また十分な接合強度を有することができる。また、外部接合部７２が接続部７３よりも大きな幅をもって形成されていることで、外部リード部材９をはんだ１０で外部接合部７２に接合しやすく、また十分な接合強度を有することができる。
【００２７】
また、積層体４の積層方向の伸縮および積層体４の側面に垂直な方向の曲げに対して剛性が低くなっている構成として、具体的には、図９に示すように、外部電極本体７１と外部接合部７２とを接続する接続部７３の形状が、外部電極本体７１が接合される積層体４の側面に垂直であって長手方向に沿って切断した断面で見て屈曲または湾曲した形状である構成が挙げられる。この場合、接続部７３が外部電極本体７１および外部接合部７２と同一の幅（断面積）を有しつつも、この部分で積層体４の積層方向の伸縮および積層体４の側面に垂直な方向の曲げに対して剛性を低くすることができる。
【００２８】
そして、接続部７３は、外部電極本体７１の端面７１１と外部接合部７２の端面７２１との間の領域から突出する部位を有する。ここで、外部電極本体７１の端面７１１、外部接合部７２の端面７２１とは、積層体４の積層方向の端に位置する端面であって、外部電極本体７１および外部接合部７２が同一平面上に位置する場合は互いに対向する面のことであり、外部電極本体７１および外部接合部７２が同一平面上にない場合であっても互いに近接する内側の面のことである。
【００２９】
言い換えると、接続部７３は、外部電極本体７１の両主面及び幅方向の２つの端面と、外部接合部７２の両主面及び幅方向の２つの端面と、各々の主面及び幅方向の端面を結ぶ面とで繋ぎ合わされる面の間の領域から突出する部位を有する。
【００３０】
このような接続部７３を設けることで、外部電極７の長手方向の振動及び外部電極７の面に垂直な振動に対する剛性（伸び及び曲げに対する剛性）を低下させ、なお且つ機械的強度および電気伝導性を保つことを可能にする。
【００３１】
また、外部電極７は一体の板状のものとして形成されるのが望ましく、例えば接続部７３の幅は外部電極本体７１や外部接合部７２の幅よりも狭くして剛性が低く形成される。この場合には、外部電極本体７１の幅方向の端面と外部接合部７２の幅方向の端面とこれらを結ぶ面とで構成される領域から突出する部位を有するものとして接続部７３が形成される。この構成によれば、接続部７３の断面積（電気伝導性）が低減されることなく、外部電極本体７１と外部接合部７２と接続部７３とから構成される切欠き形状を長くすることができる。したがって、外部リード部材９と外部接合部７２との接合箇所から切欠き端部までのストローク長を長くすることができ、積層体４の伸縮によって接続部７３に発生するひずみが低減でき、外部リード部材９と外部接合部７２の接合箇所に反力として発生する応力が低減できる効果が期待できる。そして、外部電極本体７１、外部接合部７２および接続部７３が導体板で一体に形成されている場合には、継ぎ目がないのでこれらの境界部にかかる応力集中をなくすこともできる。
【００３２】
さらに、接続部７３が突出する部位を有する構造では、電流密度に差ができて、発熱にも分布ができる可能性がある。すなわち、突出する部位では、ほとんど電流が流れず、発熱しにくい領域ができる可能性がある。この領域は、発熱する領域に対して変形を抑制するように拘束するとともに、発熱する領域から熱を受け取ってその発熱量を低減させるように作用するものと思われる。したがって、接続部７３の熱起因による破断のリスクを増大させることなく、積層型圧電素子の耐久性を向上させることができる。
【００３３】
ここで、例えば外部電極本体７１、外部接合部７２および接続部７３が一体に形成された板状であって、接続部７３が外部電極本体７１の端面と外部接合部７２の端面との間の領域からずれるようにして突出する部位を有する場合、断面積の10％以上または正面から見て幅全体の10％以上突出しているのが好ましい。なお、ここでいう正面から見てとは、外部電極本体７１が接合された導体層８（積層体４の側面）に垂直な方向から見ている（積層体４の側面側から見ている）ことを意味する。
【００３４】
なお、突出する部位の形状に限定はなく、図２に示す接続部７３の形状の他に、図３に示すように接続部７３を正面から見て（積層体４の側面側から見て）屈曲または湾曲した形状であってもよい。
【００３５】
また、図４に示すように、接続部７３が外部電極本体７１の端面７１１および外部接合部７２の端面７２１を除く面に接続されているのが好ましく、この構成によれば、さらに接続部７３の剛性が下げられるとともに、駆動による応力が外部電極本体７１から外部接合部７２に直線的に伝わるのを避けられるため、積層体４の振動を外部接合部７２に伝わりにくくすることができる。
【００３６】
さらに、図に示すように、接続部７３が外部電極本体７１の一方主面以外の側面に接続されているのが好ましく、この構成によれば、接続部７３の断面積を小さく、また外部電極本体７１および外部接合部７２を合わせた接続部７３の剛性を低くすることができるので、駆動による応力を外部リード部材９と外部接合部７２の接合箇所に伝わりにくくすることができる。
【００３７】
また、図５に示すように、接続部７３が正面から見て（積層体４の側面側から見て）弧状になっているのが好ましく、この構成によれば、接続部７３の内部での応力集中をなくすることができる。
【００３８】
また、図６に示すように、接続部７３が外部電極本体７１の一方主面以外の両側面にそれぞれ接続されているのが好ましい。両方の側面に接続部７３が設けられた構成によれば、曲げ、ねじりによる余計な応力を小さくすることができる。
【００３９】
また、図７に示すように、接続部７３が積層体４の積層方向から見て折れ曲がっているのが好ましい。この構成によれば、外部電極本体７１と外部接合部７２との間の接続部７３が外部電極本体７１と同一平面上にないので、積層体４の振動を異なる方向に分散して伝えるため、発生する応力を低減できる。つまり、外部電極７の長手方向の振動及び外部電極７の面に垂直な振動に対して伸び及び曲げの剛性を低下させる効果が高くなる。
【００４０】
また、図７に示す構成において、外部接合部７２の主面のうち、接続部７３が折れ曲がった側の主面に外部リード部材９が接合されているのが好ましい。外部接合部７２の外部端子との接続面は接続部７３が折れ曲がった側にあることで、駆動中の外部電極７の伸縮方向に力が加わると発生する外部接合部７２の曲げの力が外部電極本体７１を積層体４の側面から剥がす方向になく、耐久性が向上する。
【００４１】
なお、図１乃至図６に示す外部電極７は、例えば１枚の平板を打ち抜き加工するなどによって形成されたもので、接続部７３が外部電極本体７１および外部接合部７２とほぼ同一平面上に位置する構成である。これに対し、図７に示す形態の接続部７３は、ちょうど図６に示す形態の接続部７３を外部電極本体７１および外部接合部７２を含む平面に対して垂直になるように折り曲げたような形状である。具体的には、図７に示す外部電極７は、図８（ａ）に示す破線部を９０度折り曲げるようにして形成されたものである。すなわち、図７に示す形態は、接続部７３が外部電極本体７１および外部接合部７２よりも幅の狭い（断面積の小さい）形状であって、積層体４の積層方向から見て折れ曲がっている形状である。言い換えると、積層体４の側面（外部電極本体７１の主面）に対して折れ曲がっている形状である。
【００４２】
なお、折り曲げ可能な形状のバリエーションとして、図８（ｂ）に示すように、接続部７３の外周の角部を面取りしたような形状にしたり傾斜させた形状にしたりしてもよい。また、図８（ｃ）に示すように、接続部７３を湾曲させた形状にしてもよい。さらに、図８（ｄ）に示すように、外部接合部７２の主面の面積を広げてもよい。これらは、全て破線部で折り曲げ可能なものである。なお、後から折り曲げずに、あらかじめ積層体４の積層方向から見て破線部で屈曲した形状に加工したものでもよい。
【００４３】
そして、図９に示す形態は、接続部７３が外部電極本体７１および外部接合部７２と同じ幅（同じ断面積）の形状であって、接続部７３が外部電極本体７１の端部７１１および外部接合部７２の端部７２１に連続して接続されており、接続部７３を側面から見たときに屈曲または湾曲した形状をしている。
【００４４】
図９に示す形態の例の場合は、断面で見て屈曲または湾曲した形状であることによって、外部電極本体７１の端部と外部接合部７２の端部との間の領域から突出する部位を有する形状となっている。これにより、接続部３で積層体４の積層方向の伸縮および積層体４の側面に垂直な方向の曲げに対して剛性を低くすることができる。外部電極本体７１の端部は外部電極本体７１の端面７１１を含む部位であり、外部接合部７２の端部は外部接合部７２の端面７２１を含む部位である。このときの外部電極本体７１の端面７１１および外部接合部７２の端面７２１は、図１０（ａ）に示すような、外部電極本体７１と接続部７３との境界面および外部接合部７２と接続部７３との境界面であり、仮想的な端面であって露出していないものである。
【００４５】
ここで、図９に示す外部電極７では、外部電極本体７１と接続部７３との境界（外部電極本体７１の端面７１１）および外部接合部７２と接続部７３との境界（外部接合部７２の端面７２１）において、図１０（ａ）に示すように屈曲して折れ曲がるような形状になっているが、図１０（ｂ）に示すように、これらの境界において側面から見てなめらかに湾曲した形状をしていてもよい。これにより、境界部分での応力集中がなく、また外部電極７の長手方向の振動及び外部電極７の面に垂直な振動（特に外部電極７の面に垂直な振動）に対して、より伸び及び曲げの剛性を低下させることができる。
【００４６】
また、図１１（ａ）に示すように、図１０（ａ）に示す接続部７３に貫通孔が設けられているような形状であってもよい。図１１（ａ）に示す接続部７３は、側面から見て湾曲した２本の掛け渡し部が並行して配置されてなるものである。この構成によれば、図１１（ｂ）に示す破線部で折り曲げて外部電極７を作製する際に、図１０（ａ）に示す形態よりも作製しやすく、さらに伸び及び曲げの剛性を低下させることができる。なお、掛け渡し部が３本ある構成の接続部７３でもよく、一本の掛け渡し部からなる構成の接続部７３でもよい。
【００４７】
また、接続部７３のバリエーションとしては、図１１（ａ）に示すような湾曲した形状の他に、図１２に示すような屈曲した形状も採用できる。図７および図１２の例の積層型圧電素子１は、外部電極本体７１が一方主面と反対側に他方主面を有するとともに、外部接合部７２が主面とこの主面につながる側面とを有し、外部電極本体７１の他方主面および外部接合部７２の主面とが同じ方向に面しており、接続部７３が、外部電極本体７１の側部より積層体４から離れる方向に伸びる第１柱部と、外部接合部７２の側部より積層体４から離れる方向に伸びる第２柱部と、第１柱部と第２柱部とをつなぐ連結部とを含んでいる。図７の例では、外部電極本体７１の側部および外部接合部７２の側部は、それぞれ、外部電極本体７１の側面および外部接合部７２の側面であり、図１２の例では、外部電極本体７１の側部および外部接合部７２の側部は、それぞれ、外部電極本体７１の端面７１１および外部接合部７２の端面７２１における側面側の部位である。図示はしないが、側部が外部電極本体７１の他方主面の側面側の部位および外部接合部７２の主面の側面側の部位であってもよい。また、主面、側面および端面のうちの複数の面にまたがる部位であってもよい。
【００４８】
図１および図９に示す例の積層型圧電素子１は、外部電極本体７１が一方主面と反対側に他方主面を有するとともに、外部接合部７２が主面を有し、外部電極本体７１の他方主面および外部接合部７２の主面とが同じ方向に面しており、外部接合部７２の主面に外部端子（外部リード部材９）が接合されている。
【００４９】
なお、図７乃至図１２では、接続部７３は積層体４から離れる方向に突出する部分を有しているが、外部電極本体７１と外部接合部７２とがほぼ同一平面上にある構成を示している。外部接合部７２が外部電極本体７１よりも積層体４の側面から垂直な方向に大きく離れている場合には、積層体４の伸縮（外部電極本体７１の伸縮）にともなって外部接合部７２に積層体４の側面に垂直な方向の応力が繰返し加わることとなり、外部接合部７２と外部リード部材９との接合強度が低下するおそれがあるのに対し、積層体４の側面に垂直な方向の位置に関して、外部接合部７２が外部電極本体７１に近づくことによって、外部接合部７２に加わる積層体４の側面に垂直な方向の応力が減少することとなる。したがって、接続部７３は、断面で見て屈曲または湾曲した形状であって、積層体４の側面に垂直な方向の位置に関して外部接合部７２が外部電極本体７１に近づくように折り返し他形状であるのがよい。特に、外部電極本体７１と外部接合部７２とが同一平面上にあるのがよい。
【００５０】
本発明は上述の実施形態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において種々の変更・改良等が可能である。
【００５１】
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。
【００５２】
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（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。
【００５３】
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３および内部電極層５を備えた積層体４を作製する。
【００５４】
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３と内部電極層５とを多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。
【００５５】
その後、積層体４側面に銀とガラスから成るペーストを塗布し、焼き付けて導体層８を形成する。
【００５６】
次に、導体層８の上面に導電性接合材２を介して外部電極７を取り付ける。ここで、外部電極７が外部電極本体７１、外部接合部７２および接続部７３からなる構成、さらに接続部７３が外部電極本体７１の端面と外部接合部７２の端面との間の領域から突出する部位を有する構成とするために、例えば導体板を打ち抜き金型によって打ち抜くことで所望の形状とすることができる。また、接続部７３が積層体４の積層方向から見て折れ曲がっている形状とするには、打ち抜き金型によって接続部７３を形成した後、折り曲げることで作製することができる。
【００５７】
次に、はんだ１０を介して外部リード部材９を導体層８の表面に接続して固定する。
【００５８】
その後、必要により、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４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４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４を引き上げる。これにより、導体層８の表面に外部リード部材９を接続固定した積層体４の側面に外装樹脂がコーティングされる。
【００５９】
その後、一対の導体層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４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を介してメタライズ層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。
【００６０】
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１３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。
【００６１】
図１３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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、上述した本実施の形態の積層型圧電素子１が収納されている。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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１４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。
【００６９】
図１４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多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。
【００７０】
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）、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。
【００７１】
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８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。
【００７２】
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】
【００７３】
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。【００７４】
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１００μｍ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。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。【００７５】
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℃で焼成した後、平面研削盤を用いて所定の形状に研削して、積層体を得た。【００７６】
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。【００７７】
次に、導体層の表面にはんだ箔を介して外部電極を配置し、サーモードではんだ箔を溶融させて、導体層と外部電極とを接着した。ここで、外部電極として、図２〜図７に示す形状のもの（本発明実施例）および図１５に示す形状のもの（比較例）を用意した。【００７８】
次に、はんだを介して外部リード部材を外部電極の外部接合部に接続し固定した。はんだとしては、作業温度（融点）３００℃の銀混入錫−鉛合金系のはんだを用いた。【００７９】
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。【００８０】
以上の工程により、それぞれ外部電極の接続部形状が異なる積層型圧電素子を作製した。【００８１】
作製した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。【００８２】
そして、室温で０Ｖ〜＋１６０Ｖの交流電圧を１５０Ｈｚの周波数で印加して、１×１０９回まで連続駆動した耐久性試験を行なったところ、比較例である図１５に示す構造の外部電極を備えた積層型圧電素子では接続部にクラックが見られた。これに対し、本発明実施例である図２から図７に示す構造の外部電極を備えた積層型圧電素子では接続部にクラックが見られなかった。
【符号の説明】
【００８３】
１・・・積層型圧電素子
２・・・導電性接合材
３・・・圧電体層
４・・・積層体
５・・・内部電極層
７・・・外部電極
７１・・・外部電極本体
７１１・・・端面
７２・・・外部接合部
７２１・・・端面
７３・・・接続部
８・・・導体層
９・・・外部リード部材
１０・・・はんだ
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】
2013115341.tif 000003
【図２】
2013115341.tif 000004
【図３】
2013115341.tif 000005
【図４】
2013115341.tif 000006
【図５】
2013115341.tif 000007
【図６】
2013115341.tif 000008
【図７】
2013115341.tif 000009
【図８】
2013115341.tif 000010
【図９】
2013115341.tif 000011
【図１０】
2013115341.tif 000012
【図１１】
2013115341.tif 000013
【図１２】
2013115341.tif 000014
【図１３】
2013115341.tif 000015
【図１４】
2013115341.tif 000016
【図１５】
2013115341.tif 000017
【国際調査報告】
2013115341.tif 000018
2013115341.tif 000019
2013115341.tif 000020
2013115341.tif 000021
2013115341.tif 000022
2013115341.tif 000023