(57)【要約】  【課題】  活性部との間にひずみがおきにくく、クラックがはいるのを抑制し長期間安定して駆動す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である。  【解決手段】  一方の不活性部１４ａは、複数の金属粒子が層状に配列された金属含有層９を有し、金属含有層９が外部電極５に接続されているとともに、金属含有層９と外部電極５との接続部上に、リード部材８が位置している。【選択図】  図１
2017011125.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交互に複数積層されてなる活性部および該活性部の積層方向の両端にそれぞれ配置された圧電体層が複数積層されてなる不活性部を有する積層体と、
該積層体の側面に前記活性部から少なくとも一方の前記不活性部にわたって設けられ、前記内部電極層が一層おきに交互に電気的に接続された一対の外部電極と、
一方の前記不活性部に設けられた一対の前記外部電極にそれぞれ接続されたリード部材とを備え、
一方の前記不活性部は、複数の金属粒子が層状に配列された金属含有層を有し、該金属含有層が前記外部電極に接続されているとともに、前記金属含有層と前記外部電極との接続部上に、前記リード部材が位置していることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記金属含有層がそれぞれ前記不活性部の対向する側面の両方に引き出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】
前記不活性部に前記金属含有層が複数含まれており、
該複数の金属含有層が前記不活性部の対向する側面に交互に引き出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４】
複数の前記金属粒子は、少なくとも一部同士が直接もしくは前記不活性部に含有される圧電体粒子を介して接続されて層状に配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
複数の前記金属粒子は、少なくとも一部同士が連続した前記圧電体粒子を介して接続されて層状に配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
他方の前記不活性部の厚みが、一方の前記不活性部の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
他方の前記不活性部の厚みが、前記活性部を構成するそれぞれの前記圧電体層の厚みよりも厚い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】
他方の前記不活性部は、前記金属含有層を有していない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】
噴射孔を有する容器と、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。
【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。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電体層および内部電極層が交互に積層された活性部と両端部に不活性とを有する積層体と、積層体の側面に接合されて内部電極層と電気的に接続された外部電極とを備える積層型圧電素子が知られている。このような積層型圧電素子では、外部電極は、導体層と、外部電極板と、導体層と外部電極板とを接合して内部電極層と外部電極板とを電気的に接続している導電性接合材層とを含んでいる。また、不活性部の内部に、金属含有層を有し、リード部材が外部電極板に接合されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５０２８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載された積層型圧電素子においては、駆動時に、急速通電した際、外部電極とリード部材との接続部が発熱することで、この発熱により不活性部のうちの外部電極とリード部材との接続部近傍は熱膨張が大きくなる。これに対して、不活性部のうちの金属含有層が存在する中央部分は発熱が小さいので、熱膨張が小さくなる。このように、不活性部は、熱膨張が大きい部分と熱膨張が小さい部分とが存在し、不活性部の熱膨張が不均一になる。これにより、不活性部と活性部との間にひずみがおき、クラックがはいり、変位量が小さくなり、耐久性が悪くなるおそれがあった。
【０００５】
また、このような積層型圧電素子を備えた噴射装置ならびに燃料噴射システムにおいても、長期間安定して駆動しなくなるおそれがあった。
【０００６】
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、不活性部と活性部との間にひずみがおきにくく、クラックがはいるのを抑制し長期間安定して駆動す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である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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交互に複数積層されてなる活性部および該活性部の積層方向の両端にそれぞれ配置された圧電体層が複数積層されてなる不活性部を有する積層体と、該積層体の側面に前記活性部から少なくとも一方の前記不活性部にわたって設けられ、前記内部電極層が一層おきに交互に電気的に接続された一対の外部電極と、一方の前記不活性部に設けられた一対の前記外部電極にそれぞれ接続されたリード部材とを備え、一方の前記不活性部は、複数の金属粒子が層状に配列された金属含有層を有し、該金属含有層が前記外部電極に接続されているとともに、前記金属含有層と前記外部電極との接続部上に、前記リード部材が位置していることを特徴とする。
【０００８】
また、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。
【０００９】
また、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。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の積層型圧電素子によれば、活性部との間の熱膨張によるひずみが小さくなるため活性部との間にクラックがはいりにくくなるため、変位量が長期間安定し、耐久性が向上する。
【００１１】
また、上記の積層型圧電素子を備えた噴射装置および燃料噴射システムによれば、積層型圧電素子が耐久性に優れたものとなることから、長期間安定して駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図である。
【図３】本発明の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図である。
【図４】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】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】
【００１３】
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説明する。
【００１４】
図１は本発明の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図である。
【００１５】
図１に示す積層型圧電素子１は、圧電体層１１および内部電極層１２が積層された積層体１０と、積層体１０の側面に接合されて内部電極層１２と電気的に接続された外部電極５とを備える。外部電極５は、導体層４と、外部電極板２と、導体層４と外部電極板２とを接合して内部電極層１２と外部電極板２とを電気的に接続する導電性接合材層３とを含んでいる。なお、外部電極５には、リード部材８が接続されている。
【００１６】
積層体１０は、圧電体層１１および内部電極層１２が複数積層されてなる活性部１３と、活性部１３の外側に位置し積層体１０の積層方向両端部に設けられた圧電体層１１からなる不活性部１４とを有している。この積層体１０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。
【００１７】
圧電体層１１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１１の厚みは、例えば３〜２５０μｍとされる。
【００１８】
内部電極層１２は、圧電体層１１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１１と交互に積層されて圧電体層１１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１１に駆動電圧を印加するものである。この形成材料として、例えば低温焼成が可能な銀−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１０の対向する一対の側面に交互に導出されて、積層体１０の側面に設けられた一対の導電体層４と電気的に接続されている。この内部電極層１２の厚みは、例えば０．１〜５μｍとされる。
【００１９】
また、外部電極５は、導電体層４と導電性接合材層３を介して外部電極板２が接合されたものであり、内部電極層１２と電気的に接続されている。具体的には、外部電極板２が、積層体１０の対向する側面にそれぞれ設けられて、導体層４と導電性接合材層３によって内部電極層１２と電気的に接続されている。この外部電極板２は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属平板からなり、例えば幅は０．５〜１０ｍｍで、厚みは、導体層４や導電性接合材層３よりも厚く、例えば０．１〜０．３ｍｍに形成されたものを用いる。なお、外部電極板２は、板状の金属板のみならず、積層体１０の伸縮により生じる応力を緩和する効果を得るために、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を採用することもできる。
【００２０】
導体層４は内部電極層１２と電気的に接続されており、銀ペーストからなる。銀ペーストには、積層体１０との接合を強固にするため、積層体１０を構成する粉末をフィラーとして添加してもよい。
【００２１】
導電性接合材層３は、積層体１０の対向する側面に活性部１３から不活性部１４にかけて設けられ、積層体１０の側面にある導体層４と外部電極板２とを電気的に接続している。この導電性接合材層３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。
【００２２】
そして、本実施形態の積層型圧電素子１においては、一方の不活性部１４ａ（図１において上側の不活性部）内に、複数の金属粒子が層状に配列された金属含有層９を設けており、金属含有層９が、外部電極５の導体層４と接続されており、金属含有層９と外部電極５との接続部上に、リード部材８が設けられている。なお、図１においては、他方の不活性部１４ｂは金属含有層９を有していない構成を例示している。以下の説明において、単に不活性部を説明する場合には、不活性部１４として説明するものとし、それぞれの不活性部について説明する場合には、それぞれ不活性部１４ａ、１４ｂとして説明する。
【００２３】
金属含有層９は、不活性部１４の内部に設けられた複数の金属粒子を含む層であって、金属粒子が層状に配列されたものである。また金属含有層９は、少なくとも一方の端部が導体層４と接続されている。
【００２４】
そして金属含有層９と導体層４との接続部の延長上において、リード部材８が外部電極板２に接続されている。すなわち、少なくともリード部材８の一部が金属含有層９の延長上に位置しており、外部電極板２に接続されるリード部材８は、積層型圧電素子１の端部から積層方向に延出するように設けられている。
【００２５】
金属含有層９は、金属粒子として低温焼成可能な銀−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と、圧電体層１１を構成する、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）などをフィラーとして混合したもので、内部電極として機能しない層である。金属含有層９の厚みは、例えば０．１〜５μｍとされる。また金属粒子の粒径は、例えば直径０．５〜１０μｍである。
【００２６】
リード部材８は外部との導通をとるためのもので、銅線などの芯線を用い、はんだ付けするために、芯線の表面を銀メッキしてあることが望ましい。リード部材８は、外部電極
板２に接続される接続部では芯線が接続されており、外部電極板２に接続される接続部の先からは、駆動時に電線が外部と接触しショートをしないように芯線に絶縁性の被覆が施されている。被覆はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）など一般的なもので構わない。
【００２７】
このように、金属含有層９が外部電極５に接続されているとともに、金属含有層９と外部電極５との接続部上に、リード部材８が位置していることから、金属含有層９を介して不活性部１４への熱伝導が良くなり、不活性部１４の熱膨張の不均一性が改善される。よって、活性部１３との間の熱膨張によるひずみが小さくなるため不活性部１４と活性部１３との間にクラックがはいりにくくなり、変位量が長期間安定し、耐久性が向上する。
【００２８】
さらに、図２に示すように、金属含有層９がそれぞれ不活性部１４の対向する側面の両方に引き出されている構成とすることもできる。すなわち、両側の外部電極５に金属含有層９が接続され、接続部上にリード部材８が設けられているので、さらに不活性部１４への熱伝導が良くなり、不活性部１４の熱膨張の不均一性がさらに改善される。これにより、不活性部１４と活性部１３との間の熱膨張によるひずみがさらに小さくなるため、不活性部１４と活性部１３との間にクラックがはいりにくくなり、より変位量が長期間安定し、耐久性が向上する。図２では、両端の延長線上にリード部材８がそれぞれ位置している金属含有層９を１つ設けた例を示しているが、両端の延長線上にリード部材８がそれぞれ位置している金属含有層９が複数あってもかまわない。
【００２９】
さらに、図３に示すように、不活性部１４ａに金属含有層９が複数含まれており、金属含有層９が不活性部１４の対向する側面に交互に引き出されている構成とすることもできる。金属含有層９を不活性部１４ａの対向する側面に交互に引き出すことで、金属含有層９が複数あることから不活性部１４ａの圧電体層１１に熱が伝わりやすくなり、不活性部１４の熱膨張の不均一性がさらに改善される。これにより、不活性部１４ａと活性部１３との間の熱膨張によるひずみが小さくなるため不活性部１４ａと活性部１３との間にクラックがはいりにくくなるため、より、変位量が長期間安定し、耐久性が向上する。
【００３０】
さらに、金属含有層９を構成する複数の金属粒子は、少なくとも一部同士が直接もしくは不活性部に含有される圧電体粒子を介して接続されて層状に配列されていてもよい。つまり、複数の金属粒子のうちの少なくとも一部の金属粒子同士が直接接続されているか、もしくは複数の金属粒子のうちの少なくとも一部の金属粒子同士が圧電体粒子を介して接続されている。このような形態で金属粒子が存在していることで金属粒子を介して不活性部１４ａの圧電体層１１に熱が伝わりやすくなり、不活性部１４の熱膨張の不均一性がさらに改善される。これにより、変位量が長期間安定し、耐久性が向上する。また圧電体粒子の粒径は、例えば直径０．１〜１０μｍである。
【００３１】
さらに、金属含有層９にある複数の金属粒子は、少なくとも一部同士が連続した圧電体粒子を介して接続されて層状に配列されていてもよい。つまり、複数の金属粒子のうちの一部の金属粒子同士が、連続した複数の圧電体粒子を介して接続されている。このように同材の圧電体粒子が連続してあるので、接着強度が保持されて金属含有層９にクラックがおきにくくなるため、より、変位量が長期間安定し、耐久性が向上する。
【００３２】
さらに、他方の不活性部１４ｂの厚みを、一方の不活性部１４ａの厚みよりも薄くすることができる。つまり、リード部材８が接続されていない不活性部１４ｂの厚みが、リード部材８が接続されている不活性部１４ａの厚みより薄いことで、活性部１３の伸縮にともなう不活性部１４ｂの変形が小さくなり、伸縮により発生する力を伝える速度、すなわち応答速度がはやくなるので好ましい。他方の不活性部１４ｂの厚みは、一方の不活性部１４ａの厚みの１／２〜１／４が好ましい。他方の不活性部１４ｂの厚みが一方の不活性
部１４ａの厚みの１／２以上では、応答速度を十分にはやくすることが困難となる。また他方の不活性部１４ｂの厚みが一方の不活性部１４ａの厚みの１／４以下では、他方の不活性部１４ｂの厚みが薄すぎるものとなって、活性部１３の伸縮にともなう不活性部１４ｂの変形が大きくなってしまうので好ましくない。
【００３３】
さらに、他方の不活性部１４ｂの厚みを、活性部１３を構成するそれぞれの圧電体層１１の厚みよりも厚くすることができる。つまり、リード部材８が接続されていない不活性部１４ｂの厚みが、活性部１３の圧電体層１１の１層厚みよりも厚いことで、不活性部１４ｂへ熱が伝わりにくくなり、活性部１３に熱がたまることで、活性部１３の保温を保つことができる。また、同様に一方の不活性部１４ａの厚みを、活性部１３を構成するそれぞれの圧電体層１１の厚みよりも厚くしてもかまわない。
【００３４】
他方の不活性部１４ｂの厚みは、活性部１３の圧電体層１１の１層厚みの２〜２０倍が好ましい。他方の不活性部１４ｂの厚みが、活性部１３の圧電体層１１の１層厚みの２倍以下では、不活性部１４ｂへ熱が伝わりやすくなってしまい、活性部１３に熱がたまりにくく、活性部１３の保温を保つことが困難となる。また他方の不活性部１４ｂの厚みが、活性部１３の圧電体層１１の１層厚みの２０倍以上では、他方の不活性部１４ｂの厚みが厚すぎるものとなって、応答速度が遅くなり好ましくない。
【００３５】
さらに、他方の不活性部１４ｂは、金属含有層９を有していないことが望ましい。つまり、リード部材８が接続されていない不活性部１４ｂに金属含有層９を設けないことで、リード部材８が接続されている不活性部１４ａに比べて硬くなり、応答速度がはやくなる。さらに、他方の不活性部１４ｂに金属含有層９を設けないことで、金属含有層９による熱引きが少なくなり、活性部１３の温度が一定になるので、活性部１３の各圧電体層１１の変位量が安定して得られ、耐久性が向上する。
【００３６】
次に、本実施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，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１２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１２のパターンで塗布する。
【００３９】
次に、金属含有層９となる非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し、セラミックグリーンシートと同じ、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添加することによって非導電性ペーストを作製する。この非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塗布する。
【００４０】
さらに、この導電性ペースト、非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所定の積層状態になるように複数枚積層し、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に研削処理を施すことによって、積層体１０を製造する。活性部１３は、導電性ペーストを塗布していないセラミックグリーンシートおよび導電性ペーストを塗布したセラミックグリーンシートを交互に積層することで作製する。不活性部１４は、導電性ペーストを塗布していないセラミックグリーンシートと、非導電性ペーストを塗布したセラミックグリーンシートとを積層することで作製する。活性部１３と不活性部１４とを組み合わせることで、活性部１３と活性部１３の上下両端に位置する不活性部１４とからなる積層体１０を製造する。
【００４１】
なお、積層体１０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１１と内部電極層１２とを複数積層してなる積層体１０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。
【００４２】
次に、導体層４を積層体１０の側面に設ける。Ａｇ粉末にガラスやチタン酸ジルコン酸鉛の粉末を混ぜた導体層用ペーストを、スクリーン印刷を用いて積層体１０の側面に塗布し、５５０〜６５０℃の温度で積層体１０の側面に焼き付けることで、導体層４を積層体１０の側面に設けることができる。
【００４３】
次に、導電性接合材層３を介して外部電極板２を積層体１０の側面の導体層４に接続し、固定する。
【００４４】
導電性接合材層３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導電性接着剤を用い、５〜７０μｍの厚さに形成する。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。
【００４５】
外部電極板２は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属平板からなり、例えば幅０．５〜１０ｍｍ、厚み０．１〜０．３ｍｍに形成されたものである。ここで、外部電極板２として例えば幅方向にスリットの入った形状や網目状にするには、外部電極板２にスリットの入った形状や網目状とするには、打ち抜き金型で打ち抜くかレーザ加工などの方法を用いればよい。
【００４６】
リード部材８は、外部電極にある外部電極板２に半田や溶接により接合する。
【００４７】
その後、リード部材８に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体１０を構成する圧電体層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。この積層型圧電素子１は、導体層４、導電性接合材層３、外部電極板２、リード部材８を介して外部の電源と接続して、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として機能させることが可能となる。
【００４８】
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４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。
【００４９】
図４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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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５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。
【００５７】
図５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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
なお、上述の説明において、金属含有層９を設けた不活性部１４ａと金属含有層９を設けていない不活性部１４ｂを備えている例を示したが、両方の不活性部１４を金属含有層９を設けた不活性部１４ａとすることもできる。
【実施例】
【００６１】
積層型圧電素子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。
【００６２】
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。また、銀−パラジウム合金と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を、バインダーを加えて、金属含有層となる非導電性ペーストを作製した。
【００６３】
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。非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、上下に印刷のないシート５枚で挟んだ一方の不活性部を積層した。
【００６４】
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枚に、その上側に、非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はさんだ一方の不活性部を、下側には印刷されていないシートのみで積層した他方の不活性部を重ねて積層した。そして、９８０〜１１００℃で焼成し、平面研削盤を用いて所定の形状に研削して、５ｍｍ角の積層体を得た。
【００６５】
次に、積層体の表面にＡｇ粉末とガラス成分を含んだペーストをスクリーン印刷で塗布して、５８０〜６３０℃で焼き付けし、導電体層を形成した。
【００６６】
次に、積層体の表面に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スにて塗布し、リード部材を溶接した外部電極板を積層体の表面に接続し、固定した。
【００６７】
ここで、試料１として、図１に示すように、不活性部に金属含有層を含み、外部電極に片側が接合される構造とし、その上部にリード部材が設けられた構造になっている。
【００６８】
さらに、試料２として、図２に示すように、外部電極に両側が接合される構造とし、その上部にリード部材が設けられた構造になっている。
【００６９】
さらに、試料３として、図３に示すように、不活性部は金属含有層を２層含み、金属含有層が不活性部の対向する側面に交互に引き出されている構造とし、その上部にリード部材が設けられた構造になっている。
【００７０】
また、比較例の積層型圧電素子（試料４）も作製した。この積層型圧電素子は、金属含有層が不活性部の内部に位置し、金属含有層の端部が積層体の側面に露出せずに外部電極
に接合されない構造で、その上部にリード部材が設けられた構造になっている。
【００７１】
これらの積層型圧電素子に、外部電極板に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３０μｍの変位量が得られた。
【００７２】
さらに、１１０℃のオーブンの中で０Ｖ〜＋１６０Ｖの交流電圧を１００Ｈｚ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。
【００７３】
その結果、比較例である試料４の積層型圧電素子は、１×１０６回の連続駆動で、活性部と不活性部にクラックが発生し、１×１０７回で駆動が停止した。
【００７４】
これに対し、本発明の実施例である試料１、試料２、試料３、の積層型圧電素子は、ともに、連続駆動１×１０８回をすぎてもクラックは発生することなく駆動していた。
【００７５】
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ことがわかる。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・積層型圧電素子
１０・・・積層体
１１・・・圧電体層
１２・・・内部電極層
１３・・・活性部
１４・・・不活性部
１４ａ・・一方の不活性部
１４ｂ・・他方の不活性部
２・・・外部電極板
３・・・導電性接合材層
４・・・導体層
５・・・外部電極
８・・・リード部材
９・・・金属含有層
【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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