(57)【要約】【課題】接着剤にて圧電ユニットを積層接着すると共に変位ロスの小さいユニット式積層型圧電体素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】圧電層２１と内部電極層２１１、２１２とを交互に積層してなる圧電ユニット２を接着剤１１を用いて複数積層接着してなる。圧電ユニット２間を接着する接着剤１１は接着面２５における外周領域に存在し、接着面２５の重心位置Ｇを含む内部領域には存在しない。また、ユニット式積層型圧電体素子１の製造方法は、圧電ユニット２を作製し、圧電ユニット２を複数積層した積層体を作製し、積層体の側面に露出する圧電ユニット２の積層境界に対し接着剤１１を塗布し、圧電ユニット２の接着面２５における外周領域に接着剤１１が存在するように接着剤１１を各圧電ユニット２間に導入し、一体化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電層と内部電極層とを交互に積層してなる圧電ユニットを接着剤を用いて複数積層接着してなるユニット式積層型圧電体素子において、
上記圧電ユニット間を接着する接着剤は、上記圧電ユニットの接着面における外周領域に存在し、上記接着面の重心位置Ｇを含む内部領域には存在しないことを特徴とするユニット式積層型圧電体素子。
【請求項２】
請求項１において、上記圧電ユニットを積層してなる積層体の側面には、上記内部電極層に電気的に接続される外部電極材が配設されていると共に、上記積層体の側面を覆うモールド材が配設されており、
上記接着剤は、上記外部電極材または／および上記モールド材よりなることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子。
【請求項３】
請求項２において、上記外部電極材は、導電材料と熱硬化性樹脂を含有する粘度０．１〜２００Ｐａ・Ｓの外部電極材を塗布した後に加熱硬化させて形成してあることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子。
【請求項４】
請求項２又は３において、上記モールド材は、熱硬化性樹脂を含有する粘度０．１〜１００Ｐａ・Ｓのモールド材を塗布した後に加熱硬化させて形成してあることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子。
【請求項５】
請求項１において、上記ユニット式積層型圧電体素子において、上記内部電極層から電圧を印加した際は駆動部において伸張し、
上記接着面における重心位置Ｇを通る直線をＸとすると、該直線Ｘに沿った上記内部領域の長さをＬ、上記接着面における直線Ｘに沿った駆動部の長さをＬ０とすると、Ｌ０／４≦Ｌであることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子。
【請求項６】
請求項５において、直線Ｘに沿った上記内部領域の長さをＬ、上記接着面における直線Ｘに沿った駆動部の長さをＬ０とすると、Ｌ０／２≦Ｌであることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子。
【請求項７】
請求項１において、上記ユニット式積層型圧電体素子において、上記内部電極層から電圧を印加した際は駆動部において伸張し、
上記内部領域の面積をＳ、上記接着面における駆動部の面積をＳ０とすると、Ｓ０／１６≦Ｓであることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子。
【請求項８】
請求項７において、上記内部領域の面積をＳ、上記接着面における駆動部の面積をＳ０とすると、Ｓ０／４≦Ｓであることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、上記接着剤は、シリコーン系、ウレタン系の少なくとも１種からなることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子。
【請求項１０】
圧電層と内部電極層とを交互に積層してなる圧電ユニットを接着剤を用いて複数積層接着してなり、かつ上記圧電ユニット間を接着する接着剤は、上記圧電ユニットの接着面における外周領域に存在し、上記接着面の重心位置Ｇを含む内部領域には存在しないユニット式積層型圧電体素子を製造するに当たり、
上記圧電層と上記内部電極層とを交互に積層して圧電ユニットを作製し、
上記圧電ユニットを複数積層した積層体を作製し、
上記積層体の側面に露出する圧電ユニットの積層境界に対し接着剤を塗布することで、各圧電ユニットの接着面における外周領域に接着剤が存在するように上記接着剤を各圧電ユニット間に導入し、一体化することを特徴とするユニット式積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、上記接着剤として、上記内部電極層に電気的に接続される外部電極材または／および上記積層体の側面を覆うモールド材を用い、上記積層体を作製した後に、該積層体の側面に上記外部電極材および上記モールド材を塗布して、上記外部電極材または／および上記モールド材を各圧電ユニット間に染みこませることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、上記外部電極材は、導電材料と熱硬化性樹脂を含有する粘度０．１〜２００Ｐａ・Ｓの外部電極材を塗布した後に加熱硬化させることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、上記モールド材は、熱硬化性樹脂を含有する粘度０．１〜１００Ｐａ・Ｓのモールド材を塗布した後に加熱硬化させることを特徴とするユニット式積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項において、上記積層境界に対し上記接着剤を塗布する際には、上記積層体に対し、その積層方向から圧縮荷重を付与しておくことを特徴とするユニット式積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、上記積層境界に対し上記接着剤を塗布してから、該接着剤が硬化するまで継続して上記圧縮荷重を付与することを特徴とするユニット式積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項１６】
圧電アクチュエータの変位を利用して弁体を開閉させ、燃料の噴射制御を行うよう構成されたインジェクタにおいて、
上記圧電アクチュエータは、請求項１〜９のいずれか１項に記載のユニット式積層型圧電体素子よりなることを特徴とするインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射用インジェクタの駆動源等として用いることができるユニット式積層型圧電体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用エンジン等の燃料噴射用インジェクタの駆動源として、圧電層と内部電極層とを交互に積層した圧電ユニットを所望の個数で積層してなるユニット式の積層型圧電体素子を用いることがある。ユニット式の積層型圧電体素子は作動応力が低く、高い変位を得ることができるため、インジェクタの駆動源にふさわしい。
【０００３】
しかしながら、従来構成のユニット式積層型圧電体素子には大きな変位ロスが発生するという問題があった。
すなわち、ユニット式積層型圧電体素子において各圧電ユニットは接着剤を用いて積層接着するが、この接着剤が変位ロスの原因となる。
具体的に説明すると、圧電ユニットにおける積層方向の両端面はそれぞれ積層隣接する圧電ユニットと対面する。従って、圧電ユニットの積層方向の端面がそれぞれ接着面となって、他の圧電ユニットの接着面と対面する。
圧電ユニットの積層接着の際は、接着面の一方または双方に接着剤を塗布し、圧電ユニットを積層し、積層した圧電ユニットの積層方向の両端面からクランプ等を用いて荷重を加え、圧電ユニットを積層接着して一体化する。
クランプ等により積層方向からの荷重を受けることで接着剤は接着面の全面に広がっていく。仮に接着面の全面を接着剤で覆わずに圧電ユニットを積層したとしても、結果的に全面接着剤塗布とかわらない状態となることが多い。
【０００４】
ところで積層型圧電体素子には部分電極構成タイプと全面電極構成タイプとが知られている。いずれのタイプも接着面の中央付近は、内部電極層から圧電層に電圧を印加した際に圧電層が伸張する駆動部となる。そして上記接着剤が駆動部にかかる接着面に存在した場合、通電時に伸張しない接着剤が圧電層の伸張を吸収してしまい、変位ロスの原因となる。
なお、圧電層の形成材料、印加した電圧、圧電層の厚みと積層型圧電体素子を構成する圧電層の枚数等を考慮した結果から予測される変位量よりも実際の変位が小さい場合、両者の差を変位ロスという。
【０００５】
変位ロスを小さくするためには、圧電ユニット間に接着剤が存在しないことが望ましい。接着剤を使用しない圧電ユニットの積層方法としては、圧電ユニットを積み上げて、外部から固定する方法が知られている。
しかし、外部から固定する方法は圧電ユニットの位置ズレを防ぐことが非常に困難であり、圧電ユニットを速やかに積層接着する製造効率の観点からも接着剤で圧電ユニットを直接積層接着することが好ましい。
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−２１８５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、接着剤にて圧電ユニットを積層接着すると共に変位ロスの小さいユニット式積層型圧電体素子及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、圧電層と内部電極層とを交互に積層してなる圧電ユニットを接着剤を用いて複数積層接着してなるユニット式積層型圧電体素子において、
上記圧電ユニット間を接着する接着剤は、上記圧電ユニットの接着面における外周領域に存在し、上記接着面の重心位置Ｇを含む内部領域には存在しないことを特徴とするユニット式積層型圧電体素子にある（請求項１）。
【０００９】
第１の発明にかかるユニット式積層型圧電体素子は、圧電ユニットを接着剤を用いて接着積層する際に、接着面の重心位置とその周囲を残して、外周領域にのみ接着剤を設けて接着した構成を有する。
ところで積層型圧電体素子には部分電極構成タイプと全面電極構成タイプとが知られている。いずれのタイプも接着面の中央付近は、内部電極層から圧電層に電圧を印加した際に圧電層が伸張する駆動部となる。そして上記接着剤が駆動部にかかる接着面に存在した場合、通電時に伸張しない接着剤が圧電層の伸張を吸収してしまい、変位ロスの原因となる。
【００１０】
第１の発明にかかる構成は、駆動部に存在する接着剤が従来より減っており、従って、ユニット式積層型圧電体素子の変位ロスを小さくすることができる。
また、外周領域のみとはいえ接着剤による積層接着を行っているため、圧電ユニットの位置ズレが生じ難くなる。
なお、この位置ズレは主として圧電ユニットを積層した方向と直交する方向に対して発生する。いわゆる積層ズレのような状態である。
【００１１】
また、第２の発明は、圧電層と内部電極層とを交互に積層してなる圧電ユニットを接着剤を用いて複数積層接着してなり、かつ上記圧電ユニット間を接着する接着剤は、上記圧電ユニットの接着面における外周領域に存在し、上記接着面の重心位置Ｇを含む内部領域には存在しないユニット式積層型圧電体素子を製造するに当たり、
上記圧電層と上記内部電極層とを交互に積層して圧電ユニットを作製し、
上記圧電ユニットを複数積層した積層体を作製し、
上記積層体の側面に露出する圧電ユニットの積層境界に対し接着剤を塗布することで、各圧電ユニットの接着面における外周領域に接着剤が存在するように上記接着剤を各圧電ユニット間に導入し、一体化することを特徴とするユニット式積層型圧電体素子の製造方法である（請求項１０）。
【００１２】
第２の発明は、ユニット式積層型圧電体素子を製造する際、予め接着剤を接着面に塗布することなく圧電ユニットを積層して積層体を作製し、その後、該積層体の側面に露出する圧電ユニットの積層境界に対し接着剤を塗布する。そして、この接着剤を上記積層境界から圧電ユニット間に染みこませて導入し、接着面の外周領域に接着剤を塗布する方法である。
この方法によれば、接着剤を接着面の外周領域に容易に塗布することができる。
外周領域のみ接着剤を設けて圧電ユニットを接着することで、ユニット式積層型圧電体素子の変位ロスを小さくすることができる。また、外周領域のみとはいえ接着剤による積層接着を行うことで、圧電ユニットの位置ズレが生じ難くなり、また圧電ユニットの積層が容易となるため、製造効率も向上する。
なお、上記接着剤の塗布は、圧電ユニットの積層境界全周が好ましいが、全周ではなく一部分のみにすることも可能である。
【００１３】
以上、本発明によれば、接着剤にて圧電ユニットを積層接着すると共に変位ロスの小さいユニット式積層型圧電体素子及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
一般に積層型圧電体素子は、圧電層の断面形状と内部電極層の断面形状とが同程度に構成され、内部電極層が側面に露出した全面電極タイプと、圧電層の断面形状よりも内部電極層の断面形状が小さく、一部の内部電極層のみが側面に露出した部分電極タイプとがあるが、第１、第２の発明はいずれのタイプに対しても適用することができる。なお、上記断面形状とは積層方向に略直交する方向で切断した際の断面形状である。
また、第１、第２の発明では、断面形状が、四角形、長方形、正方形、たる型、正方形や長方形等のコーナーを面取りしてなる形を有する圧電層を用いることができる。
内部電極層の形状も特に限定することなく、第１、第２の発明を適用することができる。
【００１５】
また、上記ユニット式積層型圧電体素子において、上記内部電極層から電圧を印加した際は駆動部において伸張し、
上記接着面における重心位置Ｇを通る直線をＸとすると、該直線Ｘに沿った上記内部領域の長さをＬ、上記接着面における直線Ｘに沿った駆動部の長さをＬ０とすると、Ｌ０／４≦Ｌであることことが好ましい（請求項５）。
また、直線Ｘに沿った上記内部領域の長さをＬ、上記接着面における直線Ｘに沿った駆動部の長さをＬ０とすると、Ｌ０／２≦Ｌであることがより好ましい（請求項６）。
【００１６】
ここにおいて、接着面における重心位置Ｇを通る任意の直線Ｘを仮定する。この直線Ｘのいずれに対しても上記関係が成立することで、確実に本発明の効果を得て、変位ロスの小さいユニット式積層型圧電体素子を得ることができる。
仮にＬ０／４＞Ｌである場合は、変位ロスが大きくなるおそれがある。
【００１７】
また、上記接着面において接着剤を設ける外周領域は、ユニット式積層型圧電体素子における駆動部とならない場所と一致することが好ましい。
これにより駆動部に接着剤がまったく存在しないようなユニット式積層型圧電体素子を得て、変位ロスを非常に小さくすることができる。
なお、ユニット式積層型圧電体素子が全面電極タイプである場合、駆動部の占める領域は接着面に等しくなる。
【００１８】
また、上記ユニット式積層型圧電体素子において、上記内部電極層から電圧を印加した際は駆動部において伸張し、
上記内部領域の面積をＳ、上記接着面における駆動部の面積をＳ０とすると、Ｓ０／１６≦Ｓであることが好ましい（請求項７）。
また、上記内部領域の面積をＳ、上記接着面における駆動部の面積をＳ０とすると、Ｓ０／４≦Ｓであることがより好ましい（請求項８）。
これにより、確実に本発明の効果を得て、変位ロスの小さいユニット式積層型圧電体素子を得ることができる。
仮にＳ０／１６＞Ｓである場合は、変位ロスが大きくなるおそれがある。
【００１９】
また、上記Ｌ０やＬ、Ｓ０やＳは、ユニット式積層型圧電体素子を積層方向と直交するよう切断して露出させた接着面を電子顕微鏡で観察したり、圧電ユニットを剥離して接着面を露出させ、そこを電子顕微鏡で観察する等して計測することができる。
【００２０】
また、上記接着剤としては、エポキシ系、ポリイミド系等を用いることもできるが、圧電素子の駆動による変位に対し、クラックが発生せずに変位に追従するために、特に低弾性率であるシリコーン系、ウレタン系の少なくとも１種からなる接着剤を用いることが好ましい（請求項９）。
更にシリコーン系の接着剤は耐熱性に優れているため、実施例１に示すような車両用エンジン（ディーゼル等）のインジェクタ用途に適したユニット式積層型圧電体素子を得ることができる。
【００２１】
また、第２の発明にかかるユニット式積層型圧電体素子の製造方法において、側面に露出する圧電ユニットの積層境界に対し接着剤を塗布して、上記積層境界から圧電ユニット間に接着剤をしみ込ませ、接着面の外周領域に接着剤を塗布するが、上記接着剤は自然にしみ込ませることができる。
すなわち、圧電ユニットの接着面は電子顕微鏡等で拡大観察すると、凹凸面となるのが一般的である（後述する図１１参照）。
そのため、圧電ユニットの接着面が当接する積層境界は凹凸面がかみ合わさって形成された微少空間が存在する。従って、積層体の側面に塗布した接着剤は毛管現象を通じて自然に圧電ユニットの間にしみ込んでいく。
【００２２】
このしみ込みの状態は、接着剤の粘度を変更したり、圧電ユニットを積層した際に積層方向の両端面から適当な大きさの圧力を加えることで制御できるため、接着面の外周領域のみに接着剤が存在するように容易にユニット式積層型圧電体素子を製造することができる。
更に、圧電ユニットを積層し、接着剤を側面に塗布した後はこれを硬化して圧電ユニットの一体化を行うが、硬化時の加熱によって接着剤の粘度が低下することがある。この場合、硬化の最中にも圧電ユニット間に接着剤が入り込んでいく。
【００２３】
また、接着剤を積層体に塗布する際は、減圧環境で行うことが好ましい。
圧電ユニットの接着面が当接する積層境界には上述するように微少空間が存在するため、減圧環境で作業を行うことで、微少空間に含まれる空気が圧電ユニット外部に排出されやすくなり、接着剤の導入がスムーズに行われる。
【００２４】
また、上記圧電ユニットの接着面に面する角部を予め面取りしておくことで（図１４参照）、積層境界に接着剤を導入しやすくすることができる。
また、上記圧電ユニットは、分極処理を施した後に積層して接着剤を積層境界に塗布することが好ましい（図１２参照）。
【００２５】
分極処理を施すことで、駆動部が積層方向に伸張するため、圧電ユニットの断面形状が変形し、積層体における圧電ユニットの積層境界が開口する（図１３参照）。従って積層境界に接着剤を導入しやすくすることができる。
また、積層体の積層境界に接着剤を塗布した後は、接着剤が圧電ユニットの間に導入されるまで待ってもいいし、導入が終わる前に加熱してもよい。加熱して接着剤が硬化するまでは接着剤も移動可能である。
【００２６】
また、上記第１、第２の発明においては、上記接着剤として、圧電ユニット接着用専用の接着剤を用いることも勿論可能であるが、この接着剤として、外部電極材又はモールド材を適用することが好ましい。これによって製造工程を合理化することができる。
すなわち、上記第１の発明において、上記圧電ユニットを積層してなる積層体の側面には、上記内部電極層に電気的に接続される外部電極材が配設されていると共に、上記積層体の側面を覆うモールド材が配設されており、上記接着剤は、上記外部電極材または／および上記モールド材よりなることが好ましい（請求項２）。
なお、後述する実施例に示すように、各圧電ユニットの側面に予め焼付銀等からなる側面電極材を設けておき、その後、圧電ユニットを積層した後に、複数の側面電極材の上からこれらを繋ぐように上記外部電極材を塗布することができる。
【００２７】
そして、上記外部電極材は、導電材料と熱硬化性樹脂を含有する粘度０．１〜２００Ｐａ・Ｓの外部電極材を塗布した後に加熱硬化させて形成してあることが好ましい（請求項３）。
また、上記モールド材は、熱硬化性樹脂を含有する粘度０．１〜１００Ｐａ・Ｓのモールド材を塗布した後に加熱硬化させて形成してあることが好ましい（請求項４）。
【００２８】
また、第２の発明においても、上記接着剤として、上記内部電極層に電気的に接続される外部電極材または／および上記積層体の側面を覆うモールド材を用い、上記積層体を作製した後に、該積層体の側面に上記外部電極材および上記モールド材を塗布して、上記外部電極材または／および上記モールド材を各圧電ユニット間に染みこませ、その後、上記外部電極材および上記モールド材を加熱硬化させることが好ましい（請求項１１）。
【００２９】
そして、上記外部電極材は、導電材料と熱硬化性樹脂を含有する粘度０．１〜２００Ｐａ・Ｓの外部電極材を塗布した後に加熱硬化させることが好ましい（請求項１２）。
また、上記モールド材は、熱硬化性樹脂を含有する粘度０．１〜１００Ｐａ・Ｓのモールド材を塗布した後に加熱硬化させることが好ましい（請求項１３）。
【００３０】
ここで、上記外部電極材を接着剤として用いる場合には、塗布する状態での外部電極材の粘度が、上記のごとく、０．１〜２００Ｐａ・Ｓであることが好ましい。ここで、上記外部電極材の粘度が０．１Ｐａ・Ｓ未満の場合には、粘度が低すぎて塗布時に液だれ等の不具合が生じ、製造作業性が低下するという問題がある。そのため、１０Ｐａ・Ｓ以上がより好ましい。一方、２００Ｐａ・Ｓを超える場合には、圧電ユニット間への染み込み程度が低くなるという問題がある。そのため、より好ましくは、１００Ｐａ・Ｓ以下がよい。
【００３１】
なお、塗布する上記外部電極材に含有させる上記導電材料としては、例えば銀フィラーを用いることができる。
また、上記外部電極材に含有させる上記熱硬化性樹脂としては、加熱して硬化による増粘の始まるまでの時間（ゲル化時間）が１０秒〜２０分である樹脂を用いることが好ましい。上記ゲル化時間が短すぎると圧電ユニット間への染み込みが充分に行われないという問題がある。そのため、より好ましくは２０秒以上がよい。一方、２０分を超えると硬化状態が安定しにくくなるという問題がある。
【００３２】
また、塗布する上記外部電極材には、低分子ポリマー又は溶剤を１〜１０ｗｔ％の範囲で添加することが好ましい。
ここで、熱硬化性樹脂がエポキシの場合、上記低分子ポリマーとは、反応性希釈剤をいい、具体的には、例えば、n−ブチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル等がある。
【００３３】
熱硬化性樹脂がシリコーンの場合、上記低分子ポリマーとは、低分子シロキサンをいい、具体的には、例えば、ジオルガノシロキサンがある。また、上記溶剤とは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ベンシルアルコール、ジエチレングリコール等のアルコール系、もしくはアニソール、メチルカルビトール、エチルカルビトール等のエーテル系、その他ブチルセロソルブ、ブチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトール等がある。
【００３４】
これらは、いずれも極性が高いので、圧電ユニット間への染み込みを容易にすることができる。ここで、上記の添加量が１ｗｔ％未満の場合には、添加による硬化があまり発言されないという問題がある。一方、１０ｗｔ％を超える場合には加熱時にボイド発生の原因となるおそれがあるという問題がある。
【００３５】
また、上記モールド材を接着剤として用いる場合には、塗布する状態でのモールド材の粘度が、０．１〜１００Ｐａ・Ｓであることが好ましい。ここで、上記モールド材の粘度が０．１Ｐａ・Ｓ未満の場合には、粘度が低すぎて塗布時に液だれ等の不具合が生じ、製造作業性が低下するという問題がある。そのため、５Ｐａ・Ｓ以上がより好ましい。一方、１００Ｐａ・Ｓを超える場合には、圧電ユニット間への染み込み程度が低くなるという問題がある。そのため、より好ましくは、３０Ｐａ・Ｓ以下がよい。
【００３６】
また、上記モールド材に含有させる上記熱硬化性樹脂としては、加熱して硬化による増粘の始まるまでの時間（ゲル化時間）が１０秒〜２０分である樹脂を用いることが好ましい。上記ゲル化時間が短すぎると圧電ユニット間への染み込みが充分に行われないという問題がある。そのため、より好ましくは２０秒以上がよい。一方、２０分を超えると硬化状態が安定しにくくなるという問題がある。
【００３７】
また、塗布する上記モールド材には、低分子ポリマー又は溶剤を１〜１０ｗｔ％の範囲で添加することが好ましい。この場合の上記低分子ポリマー又は溶剤としても、上記と同様のものを適用可能である。
【００３８】
また、上記積層境界に対し上記接着剤を塗布する際には、上記積層体に対し、その積層方向から圧縮荷重を付与しておくことが好ましい（請求項１４）。これにより、上記圧電ユニット同士を十分に密着させた状態で上記接着剤を染みこませることができるので、接着面の重心位置への接着剤の染み込みを比較的容易に防止することができる。
【００３９】
また、上記積層境界に対し上記接着剤を塗布してから、該接着剤が硬化するまで継続して上記圧縮荷重を付与することが好ましい（請求項１５）。これにより、接着剤による接着効果を高めることができる。
【００４０】
次に、圧電アクチュエータの変位を利用して弁体を開閉させ、燃料の噴射制御を行うよう構成されたインジェクタにおいて、上記圧電アクチュエータは、上記第１の発明のユニット式積層型圧電体素子よりなることを特徴とするインジェクタがある（請求項１６）。
【００４１】
上記インジェクタは、上記の優れたユニット式積層型圧電体素子よりなる圧電アクチュエータを用いている。この圧電アクチュエータは、上記のごとく、変位ロスが少ない優れた駆動特性を有している。そのため、この圧電アクチュエータを備えたインジェクタにおいても、非常に優れた駆動特性を発揮することができる。
【実施例】
【００４２】
以下に、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本例にかかるユニット式積層型圧電体素子１は、図１〜図３に示すごとく、圧電層２１と内部電極層２１１、２１２とを交互に積層してなる圧電ユニット２を接着剤１１を用いて複数積層接着してなる。
上記圧電ユニット２間を接着する接着剤１１は、上記圧電ユニット２の接着面２５における外周領域２５１に存在し、上記接着面２５の重心位置Ｇを含む内部領域２５２には存在しない。
【００４３】
以下、詳細に説明する。
本例にかかるユニット式積層型圧電体素子１は、ディーゼルエンジンにおける燃料噴射用のインジェクタ駆動源として使用するものである。燃料の噴射圧は２００ＭＰａと高圧である。
【００４４】
図１に示すごとく、本例にかかるユニット式積層型圧電体素子１は、圧電ユニット２を積層した積層体の側面２９１、２９２において、ガラスと銀の混合物よりなる側面電極材１５１を介してエポキシ樹脂と銀フィラーの混合物よりなる外部電極材１５２を内部電極層２１１、２１２と電気的導通がとれるように接合し、さらに圧電ユニット２を積層した積層体の外周面の全体を覆うようにモールド材１５３が設けてある。
【００４５】
本例の圧電ユニット２を構成する正方形の圧電層２１は、図１、図２に示すごとく、図面右側に電極非形成部２１０が位置するように内部電極層２１２を設けたものと、図面左側に電極非形成部２１０が位置するように内部電極層２１１を設けたものとがあり、これらを交互に積層して構成する。
従って、本例の圧電ユニット２において、内部電極層２１１、２１２が異なる電位となるように電圧を印加することで、図２（ｃ）に示すように、二つの内部電極層２１１、２１２にて挟まれた駆動部２２１が伸張する。電極非形成部２１０にて挟まれた非駆動部２２０は通電しても伸張しない。
【００４６】
そして、図１に示すごとく、圧電ユニット２は接着面２５を互いに対面させて積層されるが、図３に示すごとく、接着面２５の外周領域２５１には接着剤１１があり、重心Ｇを含む内周領域２５２は接着剤１１がない。
また、本例にかかる図１において、接着剤の入り込み具合をはっきり記載するため圧電ユニット２の接着面２５が当接しないような記載をしたが、実際は、後述する図１２のように接着面２５が凹凸面からなるため、凹部に突部が嵌入したり、突部同士が接触しあうことがある。また、微少空間も一部で形成されることがある。
【００４７】
そして、図４に示すごとく、接着面２５における重心位置Ｇを通る直線Ｘを考える。直線Ｘに沿った内部領域２５２の長さをＬ、直線Ｘに沿った駆動部２２１の長さをＬ０とする。いずれの直線Ｘについても、本例にかかるユニット式積層型圧電体素子１ではＬ０／４≦Ｌが成立する。
なお、図５に示すように、独立した内部領域２５２を複数個備える場合もある。
【００４８】
本例にかかるユニット式積層型圧電体素子１は、圧電ユニット２を接着剤１１を用いて接着積層する際に、接着面２５の重心位置Ｇとその周囲を残して、外周領域２５１にのみ接着剤１１を設けて接着した構成を有する。
本例にかかる構成は駆動部２２１に存在する接着剤が従来より減っており、従って、ユニット式積層型圧電体素子１の変位ロスを小さくすることができる。
また、外周領域２５１のみとはいえ接着剤１１による積層接着を行っているため、圧電ユニット２の位置ズレが生じ難くなる。
以上、本例によれば、接着剤にて圧電ユニットを積層接着すると共に変位ロスの小さいユニット式積層型圧電体素子を得ることができる。
【００４９】
また、本例にて説明したユニット式積層型圧電体素子１は正方形の圧電層２を有するが、図６（ａ）、（ｂ）に示すようにたる型の、あるいは図７（ａ）、（ｂ）に示すような正方形の角部をカットした略八角形型の、圧電層２１から構成することもできる。また、本例はいずれも部分電極構成の圧電ユニットについて説明したが、全面電極構成とすることもできる。
【００５０】
（実施例２）
本例は、実施例１にかかる構成のユニット式積層型圧電体素子の性能について比較試料と共に評価した。
即ち、試料１〜３にかかるユニット式積層型圧電体素子を準備する。
図８に示すごとく、本例にかかる接着面２５において、接着剤は外周領域２５１に設けてあり、重心位置Ｇを含む内周領域２５２は接着剤が存在しない。また、本例の外周領域２５１の形状はロ字状である。
そして、接着面２５における重心位置Ｇを通る直線Ｘに沿った内部領域の長さをＬ、接着面２５における直線Ｘに沿った駆動部の長さをＬ０とする。ここで直線Ｘは正方形の圧電層の対向する辺の中央を通るように引く。
【００５１】
試料１は接着剤がエポキシ系で、駆動部の長さＬ０で、重心位置Ｇから図面右側にかかる圧電層の端部に向かう内部領域の長さＬが０．３Ｌ０、重心位置Ｇから図面左側にかかる圧電層の端部に向かう内部領域の長さＬが０．３５Ｌ０である。
試料２は接着剤がエポキシ系で、重心位置Ｇから図面右側にかかる圧電層の端部に向かう内部領域の長さＬが０．１５Ｌ０、重心位置Ｇから図面左側にかかる圧電層の端部に向かう内部領域の長さＬが０．２Ｌ０である。
試料３は試料２と異なり、接着剤としてシリコーン系を使用し、内部領域の長さが試料２と同様である。
【００５２】
そして、基準試料として、接着剤を使用せずに圧電層、内部電極層を積層して構成した積層型圧電体素子を準備した。この基準試料に積層方向５００Ｎの予荷重を与えた状態で１５０Ｖの電圧を印加した際の変位量を測定した。
この基準試料にかかる変位量と試料１〜３を同条件で変位させた場合の変位量の差を「変位ロス」とした。
また、絶縁信頼性は、試料１〜３にかかるユニット型積層型圧電体素子に電圧を印加して伸縮を繰り返すという耐久試験にて評価した。
【００５３】
その結果、変位ロスは試料１で０．１μｍ以下、実施例２、３は０．２μｍとなった。また、絶縁信頼性は、試料１は１０００時間、試料２は１５００時間、試料３は２０００時間であった。
このように、Ｌ０／４≦Ｌを満たす外周領域に接着剤を設けることで、変位ロスがより小さいユニット式積層型圧電体素子が得られることが判った。
また、絶縁信頼性の測定から、接着剤が低応力になることで、即ち試料２のエポキシ系から試料３のシリコーン系とすることで、絶縁信頼性が向上し、ユニット式積層型圧電体素子の寿命が長くなることが分かった。
【００５４】
また、試料１にかかる構成のユニット式積層型圧電体素子について、内部領域の長さＬを適宜変更し、それぞれの素子について変位ロスを測定し、その結果を図９にかかる線図に記載した。
これにより、Ｌ０／２≦Ｌとするのが変位ロスを小さくする点で有効であることが判った。
【００５５】
また、試料１にかかる構成のユニット式積層型圧電体素子について、内部領域の面積Ｓを適宜変更し、それぞれの素子について変位ロスを測定し、その結果を図１０にかかる線図に記載した。
これにより、Ｓ０／４≦Ｓとするのが変位ロスを小さくする点で有効であることが判った。
【００５６】
（実施例３）
実施例１にかかるユニット式積層型圧電体素子の製造方法について、図１１、図１２を用いて説明する。
ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）の粉末を準備する。この粉末を破砕して、他の添加剤やバインダーを加えて、スラリー化する。ドクターブレード成形等を利用してスラリーからグリーンシートを作製する。
また、ＡｇとＰｄ粉末に添加剤やバインダーを加えて、ペースト化し、内部電極層用の導電ペーストを作製する。
【００５７】
次いで、所定の大きさにシートを打ち抜いて、切片を得る。この切片に上記導電ペーストを印刷する。印刷済みの切片を２０枚積層し、その後積層方向の両側の端面の少なくとも一方から加圧して、切片を圧着し、その後、所定の大きさで切断することで、圧電ユニットと同様に内部電極層となる印刷部が一層おきに片方の側面に露出するような圧着体を製造し、焼成した。その後、圧着体の側面にガラス材と銀を含む導電性ペーストを塗布して焼成した。
これにより、内部電極層２１１、２１２が側面２９１、２９２において一層おきにガラスと銀の混合物よりなる側面電極材１５１にて導通可能となった圧電ユニット２を得た。
【００５８】
その後、上記圧電ユニット２を図１１（ａ）に示すごとく、所望の個数積層する。なお、図１２（ａ）、（ｂ）は、見やすくするため２個の圧電ユニット２を積層した状態を記載した。実際の実施例１では圧電ユニット２を２３個積層したユニット式積層型圧電体素子１であり、本例にかかる方法によれば、２個から４０個程度に圧電ユニット２を積層したユニット式積層型圧電体素子１を製造することができる。
次に、圧電ユニット２を積層した積層体２００において、図１１（ｂ）、図１２（ａ）に示すごとく、上記積層体２００の側面に露出する圧電ユニット２の積層境界２５０に対し接着剤１１を塗布する。
これにより、図１２（ｂ）に示すごとく、圧電ユニット２の接着面２５の外周領域に上記接着剤１１が自然に導入され、入り込む。
【００５９】
これは、図１２に示すように、圧電ユニット２の接着面２５が完全平面でなくて、微少な突部と凹部が多数形成された凹凸面となっていることから、圧電ユニット２間に微少空間２５９が存在し、この微少空間２５９に対する毛管現象から、接着剤１１が自然と浸透していくためである。
その後、上記積層体２００を積層方向の両端から荷重を加え加熱硬化して、圧電ユニット２を一体化し、最後に側面電極材１５１に対して、エポキシ樹脂と銀フィラーからなる外部電極材１５２を、側面電極材１５１上にスクリーン印刷し、外部電極板１５４を組付け後に外部電極材１５１を加熱硬化する。最後にモールド材１５３をディスペンス法で塗布して、加熱硬化して、ユニット式積層型圧電体素子１を得た。
【００６０】
本例にかかる方法で製造したユニット式積層型圧電体素子１は、接着剤１１を接着面２５の外周領域２５１に容易に塗布することができる。
外周領域２５１のみ接着剤１１を設けて圧電ユニット２を接着することで、ユニット式積層型圧電体素子の変位ロスを小さくすることができる。また、外周領域２５１のみとはいえ接着剤１１による積層接着を行うことで、圧電ユニット２の位置ズレが生じ難くなり、また圧電ユニット２の積層が容易となるため、製造効率も向上する。
【００６１】
以上、本例によれば、接着剤にて圧電ユニットを積層接着すると共に変位ロスの小さいユニット式積層型圧電体素子の製造方法を提供することができる。
【００６２】
（実施例４）
本例は、実施例３にかかる製造方法の途中で、圧電ユニット２に対し分極処理を施す点について説明する。
すなわち、上記圧電ユニット２における一対の側面電極材１５１に負極と正極とを接触させ、直流電流を流して、圧電層２１に積層方向から異なる電位を付与する。直流電流を流す前は、図１３（ａ）に示すごとく、積層方向の両端面（積層する際に接着面となる）が略平行で平面状であったが、直流電流を流した後は図１３（ｂ）に示すごとく、駆動部２２１が積層方向に突出して、断面が太鼓型となった。
【００６３】
従って、分極処理を施した圧電ユニット２を積層した際は、図１４（ｂ）に示すように、積層境界２５０に断面楔形の開口部２６１が形成され、この開口部２６１に対し上記接着剤を塗布することで、より容易に圧電ユニット間に接着剤が浸透するのである。なお、参考に分極処理を施す前の圧電ユニット２を積層した状態を図１４（ａ）に示す。
その他詳細は実施例３と同様であり、同様の作用効果を有する。
【００６４】
（実施例５）
本例は、実施例３にかかる製造方法の途中で、圧電ユニット２の角部を丸めてなる点について説明する。
図１５に示すごとく、上記圧電ユニット２の接着面２５に面する角部を予め面取りしておくことで、積層境界に接着剤を導入しやすくすることができる。
すなわち、図１５に示すごとく、積層境界２５０に断面楔形の開口部２６６が形成され、この開口部２６６に対し上記接着剤１１を塗布することで、より容易に圧電ユニット２間に接着剤１１が浸透するのである。
その他詳細は実施例３と同様であり、同様の作用効果を有する。
【００６５】
（実施例６）
本例は、図１６〜図２２を用いて、上記接着剤として外部電極材およびモールド材を用いてユニット式積層型圧電体素子を作製する例を示す。
まず、実施例３と同様に、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）の粉末を準備する。この粉末を破砕して、他の添加剤やバインダーを加えて、スラリー化する。ドクターブレード成形等を利用してスラリーからグリーンシートを作製する。
また、ＡｇとＰｄ粉末に添加剤やバインダーを加えて、ペースト化し、内部電極層用の導電ペーストを作製する。
【００６６】
次いで、所定の大きさにシートを打ち抜いて、切片を得る。この切片に上記導電ペーストを印刷する。印刷済みの切片を２０枚積層し、その後積層方向の両側の端面の少なくとも一方から加圧して、切片を圧着し、その後、所定の大きさで切断することで、圧電ユニットと同様に内部電極層となる印刷部が一層おきに片方の側面に露出するような圧着体を製造し、焼成した。その後、圧着体の側面にガラス材と銀を含む導電性ペーストを塗布して焼成した。
これにより、図１６（ａ）に示すごとく、圧電層２１と内部電極層２１１、２１２とが交互に積層され、上記内部電極層２１１、２１２が側面２９１、２９２において一層おきにガラスと銀の混合物よりなる側面電極材１５１にて導通可能となった圧電ユニット２を得た。
【００６７】
その後、上記圧電ユニット２を図１６（ａ）に示すごとく、所望の個数積層して、所定の圧力Ｆでクランプする。なお、図１６（ａ）〜（ｃ）および図１７（ａ）（ｂ）は、見やすくするため２個の圧電ユニット２の接着面２５同士の間を誇張して示してあり、実際には密着部分が存在する。
次に、圧電ユニット２を積層した積層体２００において、図１６（ｂ）に示すごとく、上記積層体２００の側面に露出する圧電ユニット２の直線状に並んだ複数の側面電極材１５１に沿って、これらを覆うように外部電極材１５２を塗布する。
【００６８】
本例では、外部電極材１５２として、導電材料としての銀フィラーと熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂と、反応性希釈材としてのエチレングリコールジグリシジルエーテルとを含有し、粘度が３０Ｐａ・Ｓ、ゲル化時間が１０分の外部電極材を採用した。
この外部電極材１５２は、図１６（ｃ）に示すごとく、圧電ユニット２の接着面２５の外周領域に自然に導入され、入り込み、上記接着剤としても機能する。この状態で外部電極材１５２を加熱硬化することによって、複数の圧電ユニット２が一体化される。
なお、本例では、上記側面電極材１５１の配設は、圧電ユニット２の側面において、その積層方向の両端に到達しないように余裕代を設けておいた。そのため、圧電ユニット２の接着面の直近には、側面電極材１５１が存在しないので、外部電極材１５２の接合面への染み込みが良好に行われる。
【００６９】
次に、本例では、図１７（ａ）に示すごとく、積層体２００の側面のほぼ全体を覆うように、モールド材１５３をディスペンス法で塗布した。本例のモールド材１５３としては、熱硬化性樹脂としてのポリオルガノシロキサンと、ジオルガノシロキサンとを含有し、粘度が１５Ｐａ・Ｓ、ゲル化時間が５分のモールド材を採用した。
【００７０】
このモールド材１５３は、図１７（ｂ）に示すごとく、圧電ユニット２の接着面２５の外周領域に自然に導入され、入り込み、上記接着剤としても機能する。この状態でモールド材１５３を加熱硬化することによって、より強固に複数の圧電ユニット２が一体化される。
【００７１】
なお、本例では、外部電極材１５２とモールド材１５３の両方を上記接着剤として機能させたが、いずれか一方のみを接着剤として用いることも可能である。また、本例では、各圧電ユニット２の側面に予め上記側面電極材１５１を設けておいたが、上記外部電極材１５２と内部電極層２１１、２１２との電気的接合が十分に行える場合には、側面電極材１５１の配設を省略することも可能である。
接着成分は、外部電極材組成もしくはモールド材組成の一部のみでいい。たとえば、外部電極材の導電材料は接着部分になくてもいいし、樹脂成分中の低分子ポリマーの硬化成分のみが接着部に存在していてもいい。
【００７２】
ここで、図１８〜図２０を用いて、外部電極材１５２を接着剤として用いた場合の接着面への染み込み形態について説明する。
図１８に示す例は、外部電極材１５２の幅方向中央部が最も中心寄りに染みこんだ例である。図１９に示す例は、外部電極材１５２の存在に対応してほぼ均一に染みこんだ例である。図２０は、外部電極材１５２が塗布された側面側だけでなく、外周部分全体に染みこんだ例である。
これらの形態の違いは、外部電極材１５２の粘度やゲル化時間の調整、および各圧電ユニット２の接合面の形状あるいは面性状等によって制御することができる。
【００７３】
次に、上記図１８および図２０の場合に、さらにモールド材１５３を接着剤として用いた場合の接着面への染み込み形態について説明する。
図２１には、上記図１８に示すごとく外部電極材１５２による部分的な接着が行われ、さらに、その外部電極材１５２の存在しない部分を中心にモールド材１５３が染みこんだ例を示す。
図２２には、上記図２０に示すごとく外部電極材１５２による外周全体の接着が行われたうえに、さらに、外部電極材１５２の存在を乗り越えてほぼ全周にモールド材１５３が染みこんだ例を示す。
【００７４】
図２３、図２４には、外部電極材１５２の接着面への染み込みがなく、ほぼ全周にモールド材１５３のみが染みこんで、モールド材１のみを接着剤として利用した例を示す。
なお、上記の接着面への染み込み形態については、さらに様々な形態がある。
【００７５】
（実施例７）
本例は、実施例１のユニット式積層型圧電体素子１をインジェクタ６の圧電アクチュエータとして用いた例である。
本例のインジェクタ６は、図２５に示すごとく、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに適用したものである。
このインジェクタ６は、同図に示すごとく、駆動部としての上記ユニット式積層型圧電体素子１が収容される上部ハウジング６２と、その下端に固定され、内部に噴射ノズル部６４が形成される下部ハウジング６３を有している。
【００７６】
上部ハウジング６２は略円柱状で、中心軸に対し偏心する縦穴６２１内に、ユニット式積層型圧電体素子１が挿通固定されている。
縦穴６２１の側方には、高圧燃料通路６２２が平行に設けられ、その上端部は、上部ハウジング６２上側部に突出する燃料導入管６２３内を経て外部のコモンレール（図略）に連通している。
【００７７】
上部ハウジング６２上側部には、また、ドレーン通路６２４に連通する燃料導出管６２５が突設し、燃料導出管６２５から流出する燃料は、燃料タンク（図略）へ戻される。
ドレーン通路６２４は、縦穴６２１と駆動部（圧電体素子）１との間の隙間６０を経由し、さらに、この隙間６０から上下ハウジング６２、６３内を下方に延びる図示しない通路によって後述する３方弁６５１に連通してしる。
【００７８】
噴射ノズル部６４は、ピストンボデー６３１内を上下方向に摺動するノズルニードル６４１と、ノズルニードル６４１によって開閉されて燃料溜まり６４２から供給される高圧燃料をエンジンの各気筒に噴射する噴孔６４３を備えている。燃料溜まり６４２は、ノズルニードル６４１の中間部周りに設けられ、上記高圧燃料通路６２２の下端部がここに開口している。ノズルニードル６４１は、燃料溜まり６４２から開弁方向の燃料圧を受けるとともに、上端面に面して設けた背圧室６４４から閉弁方向の燃料圧を受けており、背圧室６４４の圧力が降下すると、ノズルニードル６４１がリフトして、噴孔６４３が開放され、燃料噴射がなされる。
【００７９】
背圧室６４４の圧力は３方弁６５１によって増減される。３方弁６５１は、背圧室６４４と高圧燃料通路６２２、またはドレーン通路６２４と選択的に連通させる構成である。ここでは、高圧燃料通路６２２またはドレーン通路６２４へ連通するポートを開閉するボール状の弁体を有している。この弁体は、上記駆動部１により、その下方に配設される大径ピストン６５２、油圧室６５３、小径ピストン６５４を介して、駆動される。
【００８０】
そして、本例においては、上記構成のインジェクタ６における駆動源として、実施例１で示した上記ユニット式積層型圧電体素子１を用いている。このユニット式積層型圧電体素子１は、上記のごとく、変位ロスが少なく、非常に動作性能に優れたものである。そのため、インジェクタ６全体の性能向上及び信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施例１における、ユニット式積層型圧電体素子の全体構成を示す説明図。
【図２】実施例１における、圧電層と内部電極層、駆動部を示す説明図。
【図３】実施例１における、接着面における外周領域と内周領域を示す説明図。
【図４】実施例１における、接着面における駆動部の長さと内部領域の長さとの説明図。
【図５】実施例１における、接着面における外周領域と２つの内周領域を示す説明図。
【図６】実施例１における、たる型の圧電層と内部電極層との説明図。
【図７】実施例１における、八角形の圧電層と内部電極層との説明図。
【図８】実施例２における、接着面における駆動部の長さと内部領域の長さとの説明図。
【図９】実施例２における、内部領域の長さと変位ロスとの関係を示す線図。
【図１０】実施例２における、内部領域の面積と変位ロスとの関係を示す線図。
【図１１】実施例３における、圧電ユニットを積層して、接着剤を塗布することを示す説明図。
【図１２】実施例３における、圧電ユニットを積層して、接着剤を塗布することを示す断面説明図。
【図１３】実施例４における、分極処理前後における圧電ユニットの説明図。
【図１４】実施例４における、分極処理前後における圧電ユニットをそれぞれ積層した状態についての説明図。
【図１５】実施例５における、角部を丸めた圧電ユニットの説明図。
【図１６】実施例６における、（ａ）圧電ユニットを積層した状態を示す説明図、（ｂ）積層体の側面に外部電極材を塗布した直後の状態を示す説明図、（ｃ）外部電極材が圧電ユニットの接合面間に染みこんだ状態を示す説明図。
【図１７】実施例６における、（ａ）積層体の側面にモールド材を塗布した直後の状態を示す説明図、（ｂ）モールド材が圧電ユニットの接合面間に染みこんだ状態を示す説明図。
【図１８】実施例６における、外部電極材の染み込み形態の一例を示す説明図。
【図１９】実施例６における、外部電極材の染み込み形態の一例を示す説明図。
【図２０】実施例６における、外部電極材の染み込み形態の一例を示す説明図。
【図２１】実施例６における、外部電極材およびモールド材の染み込み形態の一例を示す説明図。
【図２２】実施例６における、外部電極材およびモールド材の染み込み形態の一例を示す説明図。
【図２３】実施例６における、外部電極材の染み込み形態の一例を示す説明図。
【図２４】実施例６における、外部電極材の染み込み形態の一例を示す説明図。
【図２５】実施例７における、インジェクタの構造を示す説明図。
【符号の説明】
【００８２】
１  ユニット式積層型圧電体素子
１１  接着剤
２  圧電ユニット
２１  圧電層
２１１  内部電極層
１５２  外部電極材
１５３  モールド材
６  インジェクタ
【図１】
2005039199.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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