(57)【要約】  【課題】  高温で長期間連続駆動させた場合においても、圧電体層の電界集中部における酸素空孔の増加が抑制され、変位量の低下が抑制された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】  本発明は、圧電体層２および内部電極層３が積層された積層体７と、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂とを含むことを特徴とする積層型圧電素子である。これにより、高温で長期間連続駆動させた場合においても、圧電体層２の電界集中部における酸素空孔の増加が抑制され、変位量の低下が抑制された積層型圧電素子を得ることができる。【選択図】  図１
2013031727.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、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂とを含むことを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記内部電極層と電気的に接続されて前記積層体の側面に設けられたメタライズ電極を含み、該メタライズ電極の表面に前記樹脂が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】
前記内部電極層と電気的に接続されて前記積層体の側面に設けられたメタライズ電極と、該メタライズ電極と電気的に接続された導電性接合材およびリード部材とを含み、前記導電性接合材には導電体および前記樹脂が含ま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４】
前記内部電極層と電気的に接続されて前記積層体の側面に設けられた導電性接合材およびリード部材を含み、前記導電性接合材には導電体および前記樹脂が含ま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５】
前記導電体は、水素よりもイオン化傾向が小さい金属またはその合金からなる請求項３または請求項４に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記樹脂は、前記積層体の側面に被着された保護層であ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７】
前記樹脂がイミド系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の積層型圧電素子
【請求項８】
前記リード部材は、前記積層体の積層方向に伸縮可能な構造であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
請求項１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】
積層型圧電素子は、基本的に、圧電体層および内部電極層が積層された積層体を含み、内部電極層の端面が積層体の側面に達するような構成になっている（特許文献１を参照）。そして、例えば内部電極層と電気的に接続されて積層体の側面にメタライズ電極が設けられ、これにリード部材が半田や導電性接合材（導電性接着剤）等で接続されて固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３５８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、自動車の燃料噴射用インジェクター用のアクチュエータとして用いられる場合等、高温で連続駆動した場合には、圧電体層中の酸素空孔がマイグレーションを起こして電界の集中する部分に移動し、当該部分で格子欠陥が増えることで圧電体層の圧電特性が低下し、その結果、積層型圧電素子の変位量が低下するといった問題が発生していた。【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高温で長期間連続駆動させた場合においても、圧電体層の電界集中部における酸素空孔の増加が抑制され、変位量の低下が抑制された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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂とを含むことを特徴とする積層型圧電素子である。【０００７】
ここで、上記の構成において、前記内部電極層と電気的に接続されて前記積層体の側面に設けられたメタライズ電極を含み、該メタライズ電極の表面に前記樹脂が設けられていることが好ましい。【０００８】
また、上記の構成において、前記内部電極層と電気的に接続されて前記積層体の側面に設けられたメタライズ電極と、該メタライズ電極と電気的に接続された導電性接合材およびリード部材とを含み、前記導電性接合材には導電体および前記樹脂が含まれていることが好ましい。【０００９】
また、上記の構成において、前記内部電極層と電気的に接続されて前記積層体の側面に設けられた導電性接合材およびリード部材を含み、前記導電性接合材には導電体および前記樹脂が含まれていることが好ましい。【００１０】
本発明の圧電アクチュエータは、前記積層型圧電素子と、前記積層型圧電素子を内部に収納するケースを備えていることを特徴とするものである。【００１１】
本発明の噴射装置は、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ものである。【００１２】
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、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ものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の積層型圧電素子によれば、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂を備えているため、発生したＯＨ−により圧電体層に酸素が供給されることで、圧電体層の電界集中部における酸素空孔の増加を抑制することができ、変位量の低下を抑制することができる。特に、酸素空孔が電界集中部に移動しやすい高温での使用時に有効に酸素を供給することができ、電界集中部における酸素空孔の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】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３】図２に示すＡ−Ａ線断面における断面図である。
【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斜視図である。
【図５】図４に示すＢ−Ｂ線断面における断面図である。
【図６】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図７】図６に示すＣ−Ｃ線断面における断面図である。
【図８】本発明の積層型圧電素子を構成するリード部材の一例を示す概略正面図である。
【図９】本発明の圧電アクチュエータを示す概略断面図である
【図１０】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１１】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】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図１に示す例の積層型圧電素子１は、圧電体層２および内部電極層３が積層された積層体７と樹脂とを含み、当該樹脂が加熱されてＯＨ−を発生することを特徴とするものである。
【００１７】
積層型圧電素子１を構成する積層体７は、例えば圧電体層２と内部電極層３とが交互に積層され、内部電極層３は正極と負極とが１層おきに交互に形成されてなるものである。積層体７は、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。
【００１８】
積層体７を構成する圧電体層２は、圧電特性を有する圧電セラミックスからなり、例えばＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３（チタン酸ジルコン酸鉛）等のペロブスカイト型酸化物を用いることができる。この圧電体層２の厚みは、例えば３μｍ〜250μｍとされる。
【００１９】
また、積層体７を構成する内部電極層３は、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。内部電極層３は、例えば銀パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等の金属からなるものであり、本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７の対向する側面に互い違いに導出されて、積層体７の側面に設けられた一対のメタライズ電極４に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0.1μｍ〜５μｍとされる。なお、図１では後述のメタライズ電極４が設けられていない積層体７の対向する側面には内部電極層３の正極および負極（もしくはグランド極）がともに達している構成が示されているが、メタライズ電極４が設けられていない積層体７の対向する側面には内部電極層３の正極および負極（もしくはグランド極）がともに達していないような構成（内部電極層３の端部があらわれていない構成）であってもよい。
【００２０】
また、積層体７の側面には一対のメタライズ電極４が設けられている。この一対のメタライズ電極４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７の側面に設けられて、積層体７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。このメタライズ電極４の厚みは、例えば５〜100μｍとされる。
【００２１】
そして、積層型圧電素子１は加熱されてＯＨ−を発生する樹脂を含む構成になっているものである。例えば、図１に示す例では、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂はメタライズ電極４の表面に設けられている。なお、ここでいう加熱とは、高温の環境下にて使用される場合に環境温度により加熱される場合や積層型圧電素子１の使用時に発生する熱による加熱、またはその両方であり、例えば200℃〜270℃の温度による加熱である。
【００２２】
加熱されてＯＨ−を発生する樹脂は、例えば、未反応部分を残したポリイミド樹脂やポリアミド樹脂等を用いることができる。つまり、イミド化やアミド化の完全に完了していない樹脂を用いることにより、高温での使用時にイミド化やアミド化反応が起こるため、その反応の副生成物として、ＯＨ−を生じることができる。例えば、イミド系樹脂の場合、未反応部分としてカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とイミノ基（−ＮＨ）を有する状態にしておくことにより、高温での使用時に、カルボキシル基とイミノ基が以下に示す閉環縮合反応を起こして、ＯＨ−とＨ＋を生じる。
【００２３】
【化１】
2013031727.tif 000003
【００２４】
そして、このＯＨ−が樹脂５上に吸着して、Ｈ＋との反応を待っている状態となる。
【００２５】
一方、圧電体層２の内部では以下の反応により酸素空孔Ｖo・・が生じている。
【００２６】
【化２】
2013031727.tif 000004
【００２７】
ここで、高温で連続駆動した場合には、この酸素空孔が圧電体層２の電界集中部に移動し易くなる。これに対し、酸素空孔とＯＨ−が近接した状態にあると、マイナス電荷のＯＨ−とプラス電荷の酸素空孔とが結びつき、酸素空孔が消滅する。この反応により、酸素空孔の電界集中部への移動（マイグレーション）による電界集中部における酸素空孔の増加を抑制することができ、結果、変位量の低下が抑制される。
【００２８】
図１に示す例では、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂はメタライズ電極４の表面に設けられているが、この構成によれば、電界が集中して酸素空孔が増加し易いメタライズ電極４の近傍の圧電体層２に有効に酸素を供給することができる。本発明において、酸素を供給するために上記樹脂が設けられる位置については限定されないが、電界が集中しやすいメタライズ電極４の近傍の圧電体層２に有効に酸素を供給するために、本例のようにメタライズ電極４の表面に設けられたり、メタライズ電極４の近傍の積層体７の側面に設けられたりするのがよい。
【００２９】
なお、樹脂としてイミド系の樹脂を用いることにより、高温での長期間にわたる連続使用においても、熱分解による樹脂の劣化が進むことがなく、長期間に渡って高信頼性を確保することができる。これは、イミド系樹脂の耐熱性が高いためである。図１に示す構成において、メタライズ電極４の表面に設ける樹脂としてイミド系樹脂を用いた場合のイミド化率は８０〜９８％であるのが効果的である。
【００３０】
また、図２および図３に示すように、さらに大電流を流すための構成として、積層型圧電素子１はメタライズ電極４と電気的に接続された導電性接合材５およびリード部材６を備えている構成であってもよい。この構成の場合には、導電性接合材５には導電体および加熱されてＯＨ−を生じる樹脂が含まれていることが好ましい。
【００３１】
これにより、電界が集中して酸素空孔が増加し易いメタライズ電極４の近傍の圧電体層２に有効に酸素を供給することができるとともに、メタライズ電極４へ電力を供給するために導電性接合材５に電流を流すことにより、ジュール熱による発熱でＯＨ−を効果的に発生することができ、さらに有効に酸素を供給することができる。なお、図２および図３に示す構成において導電性接合材５に含まれる樹脂としてイミド系樹脂を用いた場合のイミド化率も８０〜９８％であるのが効果的である。
【００３２】
また、図４および図５に示すように、積層型圧電素子１は、図２および図３に示す構成に加えて、内部電極層３の正極および負極（もしくはグランド極）が達している積層体７の側面での放電を防止するために、樹脂、セラミックスなどからなる保護層８が積層体７の側面に被着されていてもよい。さらに図示しないが、メタライズ電極４に含まれる金属成分のマイグレーションを防ぐために、メタライズ電極４が設けられた積層体７の側面に保護層８が被着されていてもよい。
【００３３】
これらの構成の場合には、保護層８が加熱されてＯＨ−を生じる樹脂からなるのが好ましい。加熱してＯＨ−を生じる樹脂にて保護層８を形成することにより、積層体７の側面から圧電体層２に酸素を供給することができるため、高温での使用時に有効に圧電体層２の電界集中部における酸素空孔の増加を抑制することができる。特に、内部電極層非形成部と内部電極層３との境界部（即ち、メタライズ電極４と電気的に接続していない内部電極層３の先端部）は、電界が集中するために酸素空孔が増加しやすいが、保護層８として加熱によりＯＨ−を発生する樹脂をコートしておくことにより、効果的に酸素空孔の増加を抑えることができる。図４および図５に示す構成において保護層８を形成する樹脂としてイミド系樹脂を用いた場合のイミド化率も８０〜９８％であるのが効果的である。
【００３４】
なお、内部電極層３の正極および負極の両方の極が達する側面に、加熱してＯＨ−を生じる樹脂以外の形成材料を用いた保護層８を設けた場合において、保護層８の表面（積層体７の側面側とは反対側の主面）上に加熱されてＯＨ−を生じる樹脂からなる層をさらに設けてもよい。また、内部電極層３の正極および負極の両方の極が達する側面に、加熱してＯＨ−を生じる樹脂以外の形成材料を用いた保護層８を設けた場合において、両方の極が積層方向に重なる領域を除く領域（一方の極のみが積層方向に重なる領域）における積層体７の側面と保護層８との間に加熱されてＯＨ−を生じる樹脂からなる層をさらに設けてもよい。
【００３５】
また、上述の例では、メタライズ電極４がある場合の例を示したが、積層型圧電素子１は、図６および図７に示すように、図４に示す構成からメタライズ電極４を設けずに、導電性接合材５およびリード部材６が積層体７の側面に直接設けられて内部電極層３と電気的に接続された構成であってもよい。そして、導電性接合材５にて内部電極層３との導通を確保する場合においても、導電性接合材５に導電体および加熱されてＯＨ−を生じる樹脂が含まれていることが好ましい。
【００３６】
これにより、図２および図３に示す例と同様に、電界が集中して酸素空孔が増加し易い導電性接合材５近傍の圧電体層２に有効に酸素を供給することができるとともに、内部電極層３へ電力を供給するために導電性接合材５に電流を流すことにより、ジュール熱による発熱でＯＨ−を効果的に発生することができ、さらに有効に酸素を供給することができる。
【００３７】
なお、導電性接合材５に含まれている導電体としては、水素よりもイオン化傾向が小さい金属またはその合金であることが好ましい。具体的には、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの金属やその合金からなる粉末が好ましい。これは、導電性接合材５に含まれる導電体を、水素よりもイオン化傾向の小さい金属またはその合金としておくことで、前記樹脂から発生したＯＨ−によって、導電体が酸化されることがなく、結果、導電体が酸素を消費することがないため、樹脂から生じた酸素によって、圧電体層２の電界集中部における酸素空孔の増加を効果的に抑制することができる。
【００３８】
また、リード部材６としては、図８に示すように、積層体７の積層方向に伸縮可能な構造であることが好ましい。なお、図８（ａ），（ｂ）は金属板に打ち抜き加工やエッチング加工にてスリットや穴を設けた構成のものである。また、図８（ｃ）は金属のメッシュであり、例えばメッシュを構成する線材を積層方向に対して、略45度の角度で構成したものである。なお、メッシュの織り方は、平織りでも綾織りでもよい。なお、線材の角度は、伸縮し易くするために積層方向に対して略45度が好ましいが、伸縮可能な角度（０度、９０度以外）であればよい。また、図８（ｄ）は、櫛歯状の線材に対して、それぞれの線材に電流を供給する共通部分を設けた構成になっている。
【００３９】
このように、リード部材６を積層体７の積層方向に伸縮可能な構造とすることにより、リード部材６をメタライズ電極４または積層体７に固定した場合に、積層体７の伸縮によって生じる応力を低減することができるため、長期間の使用においても、リード部材６がメタライズ電極４または積層体７から剥離するのを抑制することができる。
【００４０】
リード部材６に0.1〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体７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が得られる。この積層型圧電素子１は、リード部材６を介してメタライズ電極４と外部の電源とを接続して、圧電体層２に駆動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ものである。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。
【００４１】
以上述べた積層型圧電素子１によれば、高温での使用時に樹脂から生じたＯＨ−が、圧電体層２に発生した酸素空孔と結びついて酸素空孔を消滅させるため、酸素空孔の電界集中部への移動（マイグレーション）による電界集中部における酸素空孔の増加を抑制することができ、結果、変位量の低下が抑制された積層型圧電素子を供給することができる。
【００４２】
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におけるメタライズ電極４は、上記の例では積層体７の対向する２つの側面に１つずつ形成したが、２つのメタライズ電極４を積層体７の隣り合う側面に形成してもよいし、積層体７の同一の側面に形成してもよい。また、積層体７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。
【００４３】
本例の積層型圧電素子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。
【００４４】
次に、本例の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。
【００４５】
まず、圧電体層２となる圧電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、アクリル系また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、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あるいは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圧電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）またはフタル酸ジオチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。
【００４６】
次に、内部電極層３となる内部電極層用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、内部電極要導電性ペーストを作製する。なお、銀−パラジウム合金に代えて銀粉末とパラジウム粉末とを混合しても良い。
【００４７】
次に、内部電極層用導電性ペーストを、上記の圧電セラミックグリーンシート上に、内部電極層３のパターンで、例えばスクリーン印刷法にて塗布する。
【００４８】
次に、内部電極層用導電性ペーストが塗布された圧電セラミックグリーンシートを所定枚数積層する。
【００４９】
そして、これに所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、例えば900〜1200℃の温度で焼成した後、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう側面に研削加工処理を施す。これにより、圧電体層２および内部電極層３が交互に積層されている積層体７を作製する。
【００５０】
その後、銀を主成分とし、ガラスを含む銀ガラス導電性ペーストをメタライズ電極４のパターンで積層体７の内部電極層３が導出された側面に印刷し、例えば650〜750℃で焼き付けを行ない、メタライズ電極４を形成する。
【００５１】
次に、導電性接合材用ペーストを作製する。具体的には、例えば水素よりイオン化傾向の小さいＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属粉末または、その合金粉末に、例えばＮ-メチル-２-ピロリドン（ＮＭＰ）やテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などの溶媒と、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸とを混合し、導電性接合材用ペーストを作製する。
【００５２】
その後、メタライズ電極４の表面に導電性接合材用ペーストを塗布し、リード部材６を配置し、後述する所定の温度で乾燥、硬化させることにより、リード部材６を導電性接合材５にてメタライズ電極４へ接続して固定することができる。
【００５３】
このとき、導電性接合材５に含まれる導電体と樹脂との比率は、硬化後に導電体が15〜80体積％の比率になるように混合しておくのがよい。導電体の含有量が15体積％未満の場合には、導電体粒子間の接触が困難になるため、該導電性接合材５の比抵抗が大きくなり、電流を流した際に局所発熱をしてしまうからである。一方、導電体の含有量を80体積％よりも多くすると、接着を担う樹脂の含有量が相対的に少なくなるため、高い接着強度を維持できなくなり、リード部材６が剥離してしまう恐れがあるからである。
【００５４】
また、導電体の粒子形状は針状やフレーク状などの非球形の粉末であることが望ましい。これは、導電体粒子の形状を針状やフレーク状などの非球形にすることにより、略球形の場合よりも導電体粒子同士の絡み合いが大きくなり、結果として、導電性接合材５の剪断強度を大きく向上させることができるからである。但し、非球形粉末に対し、略球形粉末を併用しても構わない。
【００５５】
硬化後の導電性接合材５が、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂を含むためには、前述の導電性接合材用ペーストの硬化時に、当該導電性接合材用ペーストの溶剤は揮発が完了するが、ポリアミック酸のイミド化反応が100％完了しない温度、具体的には、180℃〜250℃で10分〜60分間かけて硬化させればよい。ここで、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂であるかどうかは、ＦＴ−ＩＲ等の分析手法を用いて、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とイミノ基（−ＮＨ）が存在するかどうかを調べればよい。
【００５６】
なお、リード部材６は、積層体７の伸縮方向に伸縮可能な構造としておくことで、駆動中に導電性接合材に亀裂が生じ、リード部材が剥離するといった問題が生じるのを防ぐことができ、このような構造とするには、金属板にくり抜き穴やスリットを設けたり、金属メッシュを伸縮方向に対して略45度に加工したり、伸縮方向に略平行な金属線材に共通部分を接続したりすればよい。
【００５７】
次に、リード部材に0.1〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体７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。
【００５８】
なお、メタライズ電極５を形成しない形態の場合は、メタライズ電極４の形成工程を省略すればよい。
【００５９】
また、積層体７の側面に、加熱してＯＨ−を生じる樹脂にて保護層８を形成する場合は、溶媒と、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸を混合した保護層用ペーストにて、スクリーン印刷やディッピング、スピンコート、スプレー等の手法でコーティングを施し、その後、所定の温度で乾燥、硬化させればよい。これにより加熱してＯＨ−を生じる樹脂にて保護層８を形成することができる。
【００６０】
ここで、硬化後の保護層８が、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂を含むためには、前述の保護層用ペーストの硬化時に、当該保護層用ペーストの溶剤は揮発が完了するが、ポリアミック酸のイミド化反応が100％完了しない温度、具体的には、180℃〜250℃で10分〜60分間かけて硬化させればよい。また、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂であるかどうかは、ＦＴ−ＩＲ等の分析手法を用いて、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とイミノ基（−ＮＨ）が存在するかどうかを調べればよい。
【００６１】
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９は、本発明の圧電アクチュエータの一例を示す概略断面図であり、図９に示す例の圧電アクチュエータは積層型圧電素子１をケース10に収容してなるものである。
【００６２】
ケース10は、例えばＳＵＳ304やＳＵＳ316Ｌなどの金属材料で形成されたもので、このようなケース10にて積層型圧電素子１が封止されているため、腐食性のガス中や、水中等で使用することができる。また、内部電極層３のイオンマイグレーションを防止するために、不活性ガスを用いて封止してもよい。この場合は、酸素が不足するため、圧電体層２の酸素空孔が発生しやすくなるが、本発明の積層型圧電素子１を用いることで、ケース10内の密閉された空間においても樹脂から有効的に酸素を供給することができ、圧電体層２中に酸素空孔が発生するのを抑制することができる。
【００６３】
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10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。
【００６４】
図10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。
【００６５】
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。
【００６６】
ニードルバルブ25の上端部は、他の部位よりも内径の大きなピストン部31であり、このピストン部31はシリンダ状の収納容器23の内壁と摺動するようになっている。そして、収納容器23内には、上述した例の本発明の積層型圧電素子１が収納されている。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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期にわたって精度よく噴射させることができる。
【００７１】
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11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。
【００７２】
図11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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【実施例】
【００７５】
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。【００７６】
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の圧電体層となる圧電セラミックグリーンシートを作製した。【００７７】
次に、銀−パラジウム合金にバインダーを加えて、内部電極層となる内部電極層用導電性ペーストを作製した。このときの銀−パラジウム比率は、銀95質量％−パラジウム５質量％であった。【００７８】
次に、圧電セラミックグリーンシートの片面に、内部電極層用導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷した。【００７９】
次に、内部電極層用導電性ペーストが印刷された第１の圧電セラミックグリーンシート
を300枚積層し、所定の温度で脱脂した後、980〜1100℃で焼成することにより積層体を得た。得られた積層体を、平面研削盤を用いて所定の形状に研削して形状加工した。【００８０】
次に、銀粉末にガラス，バインダーおよび可塑剤を添加して作製した銀ガラスペーストをメタライズ電極のパターンで積層体の側面に印刷し、700℃で焼き付けを行ない、メタライズ電極を形成した。【００８１】
その後、銀粉末とポリイミドの前駆体であるポリアミック酸と溶剤を混合し、導電性接合材用ペーストを作製した。ここで銀粉末は、フレーク状のものを用い、硬化後に銀粉末：ポリイミド樹脂の割合が体積比率で50：50になるように混合した。【００８２】
その後、メタライズ電極上に、前記導電性接合材用ペーストを塗布した後、リード部材を設置し、100℃で乾燥させた後、180℃で30分間硬化させた。ここで、リード部材は、図８（Ｃ）に示す形状のものを用いた。【００８３】
硬化後、導電性接合材をＦＴ−ＩＲにて、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とイミノ基（−ＮＨ）を分析したところ、確かに、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とイミノ基（−ＮＨ）が存在していた。【００８４】
以上により、加熱されてＯＨ−を発生する樹脂を含む本発明実施例の積層型圧電素子（試料番号１）を作製した。【００８５】
また、メタライズ電極を形成せずに、上記導電性接合材にてリード部材を積層体の側面に直接接続固定した以外は、試料番号１と同じ本発明の実施例の積層型圧電素子（試料番号２）を作製した。導電性接合材からは、試料番号１と同様に、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とイミノ基（−ＮＨ）が検出された。【００８６】
また、メタライズ電極に、半田を介してリード部材を接続固定し、さらに試料番号１にて導電性接合材用ペーストとして用いたポリアミック酸を溶剤と混合した保護層用ペースト（導電体は入っていない）を積層体側面にディッピングにて塗布し、100℃で乾燥させた後、180℃で硬化させた以外は、試料番号１と同じ本発明の積層型圧電素子（試料番号３）を作製した。なお、保護層は、メタライズ電極、導電性接合材およびリード部材を除く積層体の側面全面に形成した。この保護層からは、ＦＴ−ＩＲにより、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とイミノ基（−ＮＨ）が検出された。【００８７】
また、比較のために、イミド化反応が完全に完了したポリイミド樹脂を導電性接合材に用いた以外は、上記試料番号１と同じ本発明範囲外の積層型圧電素子（試料番号４）を作製した。試料番号４の導電性接合材をＦＴ−ＩＲで分析したところ、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とイミノ基（−ＮＨ）は検出されなかった。【００８８】
また、比較のために、イミド化が完全に完了したポリイミド樹脂にて保護層を形成した以外は、試料番号３と同じ本発明範囲外の積層型圧電素子（試料番号５）を作製した。試料番号５の保護層をＦＴ−ＩＲで分析したところ、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とイミノ基（−ＮＨ）は検出されなかった。【００８９】
次に、試料番号１〜５の各積層型圧電素子について、リード部材を介して３ｋＶ／ｍｍの直流電界を15分間印加して、圧電体層の分極処理を行なった。【００９０】
その後、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、すべての積層型圧電素子（試料番号１〜５）において、積層体の積層方向に40μｍの変位量が得られた。【００９１】
その後、試料番号１〜の各積層型圧電素子を金属ケースに入れ、雰囲気を窒素置換した後、封止した。【００９２】
これら試料番号１及び試料番号２の積層型圧電素子に、200℃の雰囲気下で、ＤＣ200Ｖを連続で1000時間印加する試験を行った。【００９３】
上記試験の結果、本発明の実施例である積層型圧電素子（試料番号１、２、３）は、200℃の雰囲気下で、ＤＣ200Ｖを連続で1000Ｈまで印加しても、変位量の低下は見られなかった。【００９４】
一方、本発明の範囲外である積層型圧電素子（試料番号４、５）は、200℃の雰囲気下で、ＤＣ200Ｖを連続で1000Ｈまで印加した場合、初期に比較し変位量が10μｍ低下していた。これは、高温高電圧下で連続駆動させたことにより、圧電体層内部に生じた酸素空孔が電界の集中する部分（一方の内部電極層が形成されていない部分）にマイグレーションを起こして、その部分の圧電体層の変位特性が低下したためである。
【符号の説明】
【００９５】
１・・・積層型圧電素子
２・・・圧電体層
３・・・内部電極層
４・・・メタライズ電極
５・・・導電性接合材
６・・・リード部材
７・・・積層体
８・・・保護層
10・・・ケース
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８】
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【図３】
2013031727.tif 000008
【図４】
2013031727.tif 000009
【図５】
2013031727.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図９】
2013031727.tif 000013
【図１０】
2013031727.tif 000014
【図１１】
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【国際調査報告】
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