JP2002054526A - インジェクタ用圧電体素子 - Google Patents

インジェクタ用圧電体素子

Info

Publication number
JP2002054526A
JP2002054526A JP2001130168A JP2001130168A JP2002054526A JP 2002054526 A JP2002054526 A JP 2002054526A JP 2001130168 A JP2001130168 A JP 2001130168A JP 2001130168 A JP2001130168 A JP 2001130168A JP 2002054526 A JP2002054526 A JP 2002054526A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
piezoelectric
injector
layer
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001130168A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Murai
敦司 村井
Masayuki Kobayashi
正幸 小林
Takashi Yamamoto
孝史 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2001130168A priority Critical patent/JP2002054526A/ja
Priority to DE60137818T priority patent/DE60137818D1/de
Priority to US09/866,876 priority patent/US6483227B2/en
Priority to EP01113202A priority patent/EP1160886B1/en
Publication of JP2002054526A publication Critical patent/JP2002054526A/ja
Priority to US10/231,061 priority patent/US6888290B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/508—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8548—Lead based oxides

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インジェクタの駆動源に最適な圧電体素子を
提供すること。 【解決手段】 インジェクタの駆動力を発生する圧電体
素子であって，印加電圧に応じて伸張する複数の圧電層
１１と印加電圧供給用の内部電極層２１，２２とを交互
に積層してなり，各圧電層１１には空隙６１，６１１〜
６１３が含まれており，一つの圧電層１１に含まれる空
隙６１，６１１〜６１３の積層方向の総厚みは圧電層１
１の積層方向厚みの１／３以下であると共に，一つの空
隙６１，６１１〜６１３の積層方向厚みは５０μｍ以下
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は，インジェクタの駆動源として用
いられる積層型の圧電体素子に関する。
【０００２】
【従来技術】自動車の内燃機関等のインジェクタ（燃料
噴射装置）は，例えば，高圧燃料を蓄積したコモンレー
ルに接続された３方弁又は２方弁の弁体を動かすること
により，燃料通路の開閉状態を切り替えてノズルニード
ルに付与される圧力状態を変化させ，ノズルニードルを
開弁状態にすることにより燃料を噴射するよう構成され
ている。
【０００３】そして，上記弁体を動かす駆動源として
は，電磁弁等が一般的に使用されている。これに対し，
上記駆動源をきめ細かく制御して燃料噴射状態の精密な
制御を行うことを目的に，例えば特開平１１−２２９９
９３号公報に示されるように，上記駆動源として積層型
の圧電体素子を使用しようとする試みがなされてきた。
【０００４】
【解決しようとする課題】しかしながら，圧電体素子を
駆動源に用いたインジェクタは，上記のごとく提案され
ているものの，実用化には未だ至っていない。インジェ
クタの種類によっては，例えば１００ＭＰａを超えるよ
うな高圧燃料を噴射することが要求され，このため過酷
な使用環境下での信頼性がインジェクタ用圧電体素子に
は必要である。
【０００５】他の分野で利用される従来の圧電体素子
を，このようなインジェクタに用いた場合，上記のごと
き過酷な使用環境から短時間で圧電体素子が割れたり，
内部電極層に生じる断線，またはクラックによりショー
トする等して，実用に耐えないことが多かった。更に，
このような高圧燃料噴射に際しては，例えば変位量が２
０μｍ以上，発生力１０００Ｎ以上という非常に高性能
な圧電体素子が必要である。この点からも従来の圧電体
素子をそのままインジェクタに転用することは難しかっ
た。
【０００６】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，インジェクタの駆動源に最適な圧電体素
子を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，インジェ
クタに内蔵されると共に該インジェクタの駆動力を発生
する圧電体素子であって，該圧電体素子は，印加電圧に
応じて伸張する複数の圧電層と印加電圧供給用の内部電
極層とを交互に積層してなり，上記各圧電層には空隙が
含まれており，一つの圧電層に含まれる空隙の積層方向
の総厚みは圧電層の積層方向厚みの１／３以下であると
共に，一つの空隙の積層方向厚みは５０μｍ以下である
ことを特徴とするインジェクタ用圧電体素子にある。
【０００８】本発明において最も注目すべきことは，一
つの圧電層に含まれる空隙の積層方向の総厚みは圧電層
の積層方向厚みの１／３以下であると共に，一つの空隙
の積層方向厚みは５０μｍ以下である。
【０００９】図１（ｂ）に示すごとく，圧電層１１の積
層方向と平行な直線Ｌを考える。また，直線Ｌ上での圧
電層１１の積層方向厚みをＨとする。この時，直線Ｌと
重なる全ての空隙６１１，６１２，６１３の，Ｌと重な
った部分の各厚みｄ１〜ｄ３を合計した値が積層方向の
総厚みとなる。よって，図１（ｂ）において，仮にｄ１
＋ｄ２＋ｄ３≦Ｈ／３となれば本請求項にかかる要件が
満たされる。本発明にかかる圧電体素子では，圧電層１
１のどの部分に直線Ｌを設けてもこの関係が成立する。
【００１０】仮に空隙の積層方向総厚みが１／３より大
となると，電圧印加時に圧電層で絶縁破壊が生じるおそ
れがある。このような圧電体素子は耐電圧性が低くイン
ジェクタの駆動源に使用できないおそれがある。
【００１１】また，図１（ｂ）に示すごとく，空隙６１
１，６１２，６１３と直線Ｌとの重なった部分での厚み
ｄ１〜ｄ３のいずれについても５０μｍ以下であれば，
本請求項にかかる『一つの空隙の積層方向厚みは５０μ
ｍ以下』という要件が満たされる。本発明にかかる圧電
体素子においては，圧電層のどの部分に直線Ｌを設けて
もこの関係が成立する。
【００１２】仮に空隙の厚みが５０μｍを越えた場合
は，圧電層の厚みに対し相対的に大きな空隙が存在する
ため，圧電層の絶縁破壊が生じやすくなるおそれがあ
る。このような圧電体素子は耐電圧性が低く，インジェ
クタの駆動源として使用できないおそれがある。
【００１３】次に，本発明の作用につき説明する。前述
したごとく，インジェクタの駆動源として用いる圧電体
素子には，例えば１００ＭＰａを超えるような高圧燃料
を噴射することが要求されるため，過酷な使用環境下で
の信頼性が要求される。
【００１４】インジェクタ用の圧電体素子は，例えば変
位量が２０μｍ以上，発生力１０００Ｎ以上という高性
能を発揮することが要求される。さらに，圧電体素子の
小型化に伴って圧電層は薄くなる傾向があるが，付与さ
れる電界強度は１．０ｋＶ／ｍｍ以上と高くなる傾向が
ある。
【００１５】圧電層は圧電性のセラミック焼結体よりな
る。圧電体素子は，後述するごとく，圧電材料の主原料
を含有するスラリーからグリーンシートを作製し（これ
が圧電層となる），これを適宜積層して作製した未焼積
層体を焼結して製造する。例えばスラリー塗布時に空気
が入り込む，スラリーに含まれるバインダーが焼結後に
焼失する等の理由から，圧電層内部に空隙が形成される
ことがある。
【００１６】空隙を有する圧電層は，駆動回数が多く，
高い電界強度にさらされるインジェクタ用圧電体素子と
しての過酷な環境下において容易に絶縁破壊が発生し，
ショートする。これに伴い圧電体素子の耐久性や性能が
多いに低下することがある。
【００１７】空隙を有する圧電層に電圧を印加した場
合，空隙も圧電層の他の部分と同様に電圧が印加され
る。このため，空隙はプラスとマイナスとに分極する。
分極した空隙が圧電層の積層方向に多数存在した状態
で，例えば電界強度１．０ｋＶ／ｍｍ以上の高い駆動周
波数による駆動を繰り返した場合，電圧印加方向で圧電
層が薄くなった部分で絶縁破壊が生じ，ショートの原因
となる。
【００１８】本発明にかかる圧電層は，圧電層の著しい
絶縁低下を招かない程度の小さな空隙しか含んでいな
い。つまり，本発明にかかる圧電層は電圧印加時の絶縁
性が高く，上述した問題が生じ難い。よって，上述の要
件を満たす圧電層から構成された圧電体素子は耐久性に
優れ，長期にわたって過酷な環境で使用可能で，インジ
ェクタの駆動源として適している。
【００１９】以上，本発明によれば，インジェクタの駆
動源に最適な圧電体素子を提供することができる。
【００２０】次に，請求項２記載の発明は，上記圧電体
素子は２×１０9回以上駆動することが可能であること
が好ましい。これにより，自動車の内燃機関のインジェ
クタ（燃料噴射装置）の駆動源として適した圧電体素子
を得ることができる。
【００２１】なぜなら，自動車内燃機関に搭載されるイ
ンジェクタは，排ガス浄化，燃費向上のために，１回の
燃焼に対して最大５回のマルチ噴射を行うことがある。
その上４０万ｋｍ走行の保証が要求される。上述した駆
動回数を満たす圧電体素子であれば，このような過酷な
要求に答えることができる。
【００２２】次に，請求項３記載の発明は，インジェク
タに内蔵されると共に該インジェクタの駆動力を発生す
る圧電体素子であって，該圧電体素子は，印加電圧に応
じて伸張する複数の圧電層と印加電圧供給用の内部電極
層とを交互に積層してなり，上記内部電極層の厚みは，
上記圧電層の厚みの０．１１倍以下であることを特徴と
するインジェクタ用圧電体素子にある。
【００２３】内部電極層と圧電層の厚み同士の関係が上
記要件を満たさず，０．１１倍より大となった場合，後
述するごとく，内部電極層の端部近傍から圧電体素子の
側面に向かうクラック（図７参照）が発生するおそれが
ある。なお，上記厚みは積層方向に測定した圧電層厚み
や内部電極層厚みの最大値である。
【００２４】本請求項にかかる発明によれば，圧電層に
対して相対的に薄い内部電極層をもった圧電体素子を得
ることができる。内部電極層は，図４，実施形態例１に
示すごとく，圧電層に対し部分的に設けてある。つま
り，内部電極層は，積層方向と直交する一方向におい
て，一端は圧電体素子の側面に露出するが，他端は側面
に露出しないよう構成されており，例えば上端から数え
て偶数番目の内部電極層は駆動電源の＋極に，奇数番目
の内部電極層は−極に接続されている。
【００２５】この側面に露出しない方の内部電極層の端
部では，次のような現象が生じる。即ち，＋極と−極の
内部電極層と接した部分の圧電層は電圧印加により伸縮
する。しかし，内部電極層のない部分，図４において，
Ｎ部の圧電層同士が隣接する部分では，圧電層は伸縮せ
ず，動かない。このため，内部電極層の圧電体素子外部
に露出しない端部付近では，伸縮する部分と動かない部
分とが隣接するため，内部応力による歪みが生じやす
い。つまり，端部近傍はクラックが発生しやすい部分
で，クラック発生の状況は後述する図７に記載されてい
る。
【００２６】内部電極層を上述したごとく薄くすること
で，内部電極層の外部に露出しない端部付近での歪みを
減らすことができ，歪み由来のクラック発生を防止する
ことができる。従って，圧電体素子の耐久性を高めるこ
とができ，長期にわたって過酷な環境で使用可能であ
る。駆動回数の多いインジェクタの駆動源として適して
いる。
【００２７】以上，本発明によれば，インジェクタの駆
動力発生用に最適な圧電体素子を提供することができ
る。
【００２８】次に，請求項４記載の発明は，上記内部電
極層の厚みは１２μｍ以下であることが好ましい。
【００２９】厚みが１２μｍより厚い場合は，後述の図
７に示すごとく，内部電極層の端部近傍からクラックが
発生するおそれがある。なお，上記厚みは積層方向に測
定した内部電極層厚みの最大値である。
【００３０】本請求項にかかる圧電体素子は，上述した
ごとく，薄い内部電極層を持っている。従って，上述し
た請求項３記載の発明と同様に，圧電体素子の耐久性を
高めることができ，長期にわたって過酷な環境で使用可
能である。駆動回数の多いインジェクタの駆動源として
適している。
【００３１】次に，請求項５記載の発明は，インジェク
タに内蔵されると共に該インジェクタの駆動力を発生す
る圧電体素子であって，該圧電体素子は，印加電圧に応
じて伸張する複数の圧電層と印加電圧供給用の内部電極
層とを交互に積層してなり，上記圧電層における圧電層
積層方向と垂直な積層面の面積Ｓ１と，該積層面を覆う
内部電極層の面積Ｓ２との間には，７０％≦Ｓ２／Ｓ１
≦９８％という関係が成り立つことを特徴とするインジ
ェクタ用圧電体素子にある（図１０参照）。
【００３２】仮にＳ２／Ｓ１が７０％未満である際に
は，電圧が印加される圧電層の面積が減って，伸縮量が
減少し，圧電体素子の発生力が低下するおそれがある。
一方，９８％を越えた際には，内部電極層の端部近傍
で，内部電極層と隣接せず圧電層同士が隣接した部分の
長さが短くなり，大きな勾配を持つ内部応力がかかっ
て，クラックが発生するおそれがある。
【００３３】本請求項にかかる発明によれば，上述の請
求項３の場合と同様に，内部電極層の端部付近での歪み
を減らすことができ，歪み由来のクラック発生を減らす
ことができる。従って，圧電体素子の耐久性を高めるこ
とができ，長期にわたって過酷な環境で使用可能であ
る。駆動回数の多いインジェクタの駆動源として適して
いる。
【００３４】更に，Ｓ２／Ｓ１が上述の範囲内にあるた
め，内部電極層の面積が大きく，圧電層のより広い面積
に電圧を印加することが可能となる。よって，断面積の
小さな圧電体素子（例えば，圧電素子の積層方向・変位
方向に垂直な断面積が８０ｍｍ2以下）であっても，２
０００Ｎという非常に高い発生力を得ることができる。
なお，プリセット荷重とは圧電体素子の駆動の際に，積
層方向の上下の端面から付与する荷重で，過剰変位，オ
ーバーシュートを防ぐために付与されている。
【００３５】以上，本発明によれば，インジェクタの駆
動力発生用に最適な圧電体素子を提供することができ
る。
【００３６】次に，請求項６記載の発明のように，上記
圧電体素子は，上記圧電層の積層方向において，駆動部
と該駆動部を挟持するように配置されたバッファ部と，
該バッファ部を挟持するように配置されたダミー部に区
分けされており，上記駆動部，バッファ部，ダミー部
は，電圧印加時における伸縮量が駆動部，バッファ部，
ダミー部の順に小さくなるように構成されており，上記
バッファ部における圧電層の厚みは，駆動部における最
も薄い圧電層の厚みの１．１〜５．０倍であることが好
ましい。
【００３７】駆動部，バッファ部，ダミー部よりなる圧
電体素子は，駆動時に鼓型となり上下の端面が湾曲す
る。しかし，圧電体素子は，プリセット荷重を受けなが
ら，大きな発生力を生じるため，プリセット荷重を受け
る面は平坦でなくてはならない。そこで，駆動しないダ
ミー層を上下の端面に設けるが，駆動部とダミー部とを
直接つなげると，両者の境界においてクラックが発生す
る。従って，電圧印加時に殆ど動くことができないダミ
ー部を，駆動部よりは少ない伸縮量を持つバッファ部を
介して配置することで，クラックの発生を防止すること
ができる。
【００３８】そして，本請求項にかかる圧電体素子で
は，特にバッファ部における圧電層の厚みを上述のごと
く限定しているため，バッファ部とダミー部，バッファ
部と駆動部とのそれぞれの間でのクラック発生を防止す
ることができる。
【００３９】１．１倍未満である際は，バッファ部の伸
縮量が駆動部に略等しくなることからダミー部とバッフ
ァ部との間でクラックが生じやすくなるおそれがある。
５．０倍より大である場合は，バッファ部の伸縮量が非
常に少なく，ダミー層に略等しくなるから，バッファ部
と駆動部との間でクラックが生じやすくなるおそれがあ
る。
【００４０】上記駆動部，バッファ部，ダミー部は，電
圧印加時における伸縮量が駆動部，バッファ部，ダミー
部の順に小さくなるように構成されている。具体的には
内部電極層間の圧電層厚さを順に厚くし，上端ダミー部
の上面及び下端ダミー部の下面には内部電極層を形成し
ない。従って，駆動回数の多いインジェクタの駆動源に
用いた場合，クラックが発生し難く，長期にわたって使
用可能である。
【００４１】次に，請求項７記載の発明のように，上記
駆動部における圧電層の厚みは２８０μｍ以下であるこ
とが好ましい。ここに，特に圧電体素子の積層方向・変
位方向に垂直な断面が８０ｍｍ2以下，変位方向に平行
な長さが６０ｍｍ以下といった小型の圧電体素子におい
て，変位による伸び（変位方向に平行）と縮み（変位方
向に垂直）の変形量を考える。
【００４２】積層方向の長さが等しければ，圧電層の厚
い圧電体素子は積層数が少なくなり，圧電層の薄い圧電
体素子は積層数が多くなる。両圧電体素子において同じ
変位が発生した場合，圧電層の厚い圧電体素子のほうが
１層あたりの変位量が大きくなる。
【００４３】よって，例えば変位量が２０μｍ，立ち上
がり時間（圧電体素子に電圧を印加してから変位が始ま
るまでの時間）が１００μｓと早く，駆動周波数（圧電
素子が伸縮する速度）が２００Ｈｚと早い，このような
条件では，鼓型の変形が大きくなり，クラックが発生し
やすくなる。従って，圧電層の厚みを２８０μｍ以下と
薄くすることで，過酷な条件下での信頼性を得ることが
できる。仮に圧電層の厚みが２８０μｍを越えた場合に
は，クラックが発生しやすくなり，過酷な条件下での信
頼性が低下するおそれがある。
【００４４】次に，請求項８記載の発明のように，上記
バッファ層は複数の圧電層を有することが好ましい。圧
電層が多ければ多いほど，内部応力をよく緩和できるた
め，複数の圧電層を設けることでクラックに対する余裕
がまして，より一層のクラック発生防止効果を得ること
ができる。従って，駆動回数の多いインジェクタに用い
た場合，クラックの発生を防止でき，長期に渡って使用
可能である。
【００４５】次に，請求項９記載の発明のように，上記
駆動部と上記バッファ部とは交互に複数個配置されてい
ることが好ましい（図５参照）。駆動部とダミー部との
間にバッファ層を配置することで，内部応力をよく緩和
することができる。また，バッファ層を駆動部と駆動部
の間に配置することで自己発熱を押さえることができる
ため，より一層のクラック発生防止効果，温度上昇防止
効果を得ることができる。
【００４６】特にインジェクタは，通常エンジンの中央
部に配置されることが多く，最高温度は２００℃以上と
なる。さらに，圧電体素子自体も発熱するため，さらに
温度は上昇する。駆動部中にバッファ部を設けることで
圧電体素子の自己発熱を抑制し，温度特性の悪化を防止
することができる。
【００４７】従って，本請求項にかかる圧電体素子は，
駆動回数が多く高温下にあるインジェクタの駆動源とし
て，長期にわたって過酷な環境で使用可能である。
【００４８】次に，請求項１０記載の発明のように，上
記ダミー部における圧電層の厚みは，上記駆動部におけ
る最も薄い圧電層の厚みの３倍以上であることが好まし
い。これにより，積層方向，変位方向に垂直な面に対し
プリセット荷重を均一にかけることができるため，クラ
ック発生を防止することができる。
【００４９】インジェクタの駆動源として用いる圧電体
素子には上述したごとき過酷な条件下において駆動され
る。例えば変位量が２０μｍ以上，立ち上がり時間は１
００μｓ等という駆動である。上記条件による駆動が，
例えば２００Ｈｚという駆動周波数で行われる場合，後
述する図４のＮ部のような変位しない箇所，駆動された
い箇所に過剰な引張応力がかからないようにする必要が
ある。
【００５０】しかし，駆動部は駆動時にその形状が鼓型
となるため，上下の端面からプリセット荷重を加えた場
合，駆動部とプリセット荷重を与える面との間が点接触
となるおそれがある。この場合，非駆動部であるＮ部に
はプリセット荷重が殆どかからない。
【００５１】そこで駆動により変形しないダミー部を上
下の端面に設け，ここにおいてプリセットの荷重を面で
受けるように圧電体素子を構成する。これにより，Ｎ部
のような非駆動部に対しても，充分なプリセット荷重が
加わると共に，過剰な引っ張り応力がかからないように
することができる。
【００５２】ダミー部の圧電層の厚みを駆動部の圧電層
の３倍以上の厚みとすることで，駆動部，バッファ部の
変形を吸収することができ，プリセット荷重がＮ部のよ
うな非駆動部に伝達され，クラックを生じ難くすること
ができる。従って，駆動回数の多いインジェクタ駆動源
として用いた場合に，クラックの発生を防止でき，長期
にわたって使用可能な圧電体素子を得ることができる。
【００５３】仮に３倍未満である場合は，駆動部，バッ
ファ部の変形の影響を受けて，ダミー部も多少の変形を
生じることがある。このため，クラックが発生したり，
圧電体素子がショートするおそれがある。また，プリセ
ット荷重が不均一にかかり，Ｎ部のような非駆動部にお
いてクラックが発生するおそれがある。
【００５４】次に，請求項１１記載の発明のように，上
記内部電極層はＡｇとＰｄとを含むＡｇ・Ｐｄ含有材料
よりなることが好ましい。内部電極層を低融点であるＡ
ｇ（融点９６０．５℃）と高融点であるＰｄ（融点１５
５５℃）とを含む材料より構成することで，圧電体素子
の製造における焼成時に１０００℃以上という高温で焼
成を行っても，内部電極層の溶融や焼結粒子の凝集を防
止することができ，被覆率の高い内部電極層を得ること
ができる。
【００５５】従って，圧電層の広い範囲に電圧を印加す
ることができ，前述した断面積の小さな圧電体素子を構
成した場合であっても，インジェクタに必要とされる大
変位量や高発生力を発揮する圧電体素子を得ることがで
きる。なお，上記Ａｇ・Ｐｄ含有材料中において，Ａｇ
やＰｄはＡｇ化合物やＰｄ化合物の状態，合金や固溶体
の状態等，多様な形態で含まれている。
【００５６】次に，請求項１２記載の発明のように，上
記Ａｇ・Ｐｄ含有材料において，ＡｇとＰｄとの合計重
量に対し，Ｐｄは１０重量％以上含有されていることが
好ましい。
【００５７】これにより，圧電層に対する内部電極層の
被覆率を高めることができ，インジェクタ用駆動源に要
求される大変位，高発生力を持つ圧電体素子を得ること
ができる。
【００５８】Ｐｄが１０重量％未満である場合は，圧電
体素子製造における焼成時に，内部電極層が溶融した
り，凝集して，所望の面積や被覆率を持つ内部電極層が
得難くなるおそれがある。なおＰｄは高価な金属である
ため含有量は少ないほうが好ましい。
【００５９】次に，請求項１３記載の発明のように，上
記Ａｇ・Ｐｄ含有材料を構成する焼結粒子は粒径１０μ
ｍ以下のものが焼結粒子全体の８０％以上を占めている
ことが好ましい。
【００６０】圧電体素子は駆動に伴って圧縮と引張の応
力を受ける。内部電極層の厚みが１２μｍ以下である場
合に，粒径１０μｍより大なる焼結粒子が内部電極層全
体の８０％を越えて含まれる場合，内部電極層に対する
焼結粒子の粒子充填率が低下するおそれがある。この場
合，圧電層を構成する焼結粒子と内部電極層を構成する
焼結粒子との間，内部電極層を構成する焼結粒子の相互
間の接合面積が低下するおそがある。
【００６１】この場合，内部電極層−圧電層間の接合強
度が低下するため，圧電体素子の耐久性も低下する。従
って，駆動回数の多いインジェクタの駆動源に用いた場
合，長期にわたる使用が不可能となるおそれがある。
【００６２】なお，上記粒径の算出方法を説明する。図
１６に示すごとく，粒径を測定しようとする面に適当な
大きさの四角形αを設け，該四角形αの一辺から対辺ま
で貫通するような直線β，直線γ等を設ける。そして，
同図に示すごとく，各焼結粒子と各直線とが重なった部
分ｒ１〜ｒ９等を測定し，該ｒ１〜ｒ９等の平均値を算
出する。
【００６３】次に，請求項１４記載の発明のように，上
記圧電層はジルコン酸チタン酸鉛を主成分とすることが
好ましい。
【００６４】これにより，例えば変位方向に垂直な断面
積が８０ｍｍ2以下，変位方向に平行な長さが６０ｍｍ
以下という小型の圧電体素子であっても，インジェクタ
駆動用に必要とされる変位量２０μｍ以上を得ることが
できる。
【００６５】上記ジルコン酸チタン酸鉛はＰｂＺｒＯ3
とＰｂＴｉＯ3との固溶体で，通常ＰＺＴと呼ばれる材
料である。また，上記以外の各種成分，例えばＢａ，Ｓ
ｒ，Ｃａ，Ｈｆ，Ｍｇ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｓｂ，Ｃｏ等が含
有されることもある。
【００６６】次に，請求項１５記載の発明のように，上
記圧電層はＭｎが含有され，該圧電層に対し，Ｍｎが５
×１０-3〜０．４重量％含まれていることが好ましい。
【００６７】極微量の燃料を正確に噴射する必要がある
インジェクタの駆動源に用いる圧電体素子は，高周波数
で正確に変位しなければならない。Ｍｎが含まれること
で，伸縮時の結晶回転成分が少なくなり，過剰変位（オ
ーバーシュート）が発生し難く，高周波数で正確に変位
可能な圧電体素子を得ることができる。また，特に変位
方向に平行な長さが６０ｍｍ以下等といった小型の圧電
体素子を構成した場合であっても，２０μｍ以上といっ
た大変位量を得ることができる。
【００６８】Ｍｎが５×１０-3重量％より少ない場合は
結晶回転成分が多く，耐久性の低下が発生し，０．４重
量％よりも多い場合は，圧電層の変位が減るため，伸縮
量が低下するおそれがある。なお，Ｍｎは通常は各種の
化合物，固溶体，合金の形で含まれている。
【００６９】次に，請求項１６記載の発明のように，上
記ジルコン酸チタン酸鉛はＰｂ（Ｙ 0.5Ｎｂ0.5）Ｏ3−
ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3系３成分固溶体を基本組成と
し，上記３成分固溶体中の各成分の割合が，０．５モル
％≦Ｐｂ（Ｙ0.5Ｎｂ0.5）Ｏ3≦３モル％，４２モル％
＜ＰｂＴｉＯ3＜５０モル％，４７モル％＜ＰｂＺｒＯ3
≦５７．５モル％であり，ＳｒによるＰｂの置換基が５
モル％より多く１５モル％以下であり，Ｎｂ2Ｏ5の上記
ジルコン酸チタン酸鉛に対する含有量が１重量％以下，
Ｍｎ2Ｏ5の上記ジルコン酸チタン酸鉛に対する含有量が
０．０１重量％以上，０．５重量％未満であることが好
ましい。
【００７０】上記組成の材料を用いることで，誘電率の
温度変化が小さい圧電層よりなる圧電体素子を得ること
ができる。この圧電体素子は，温度変化の大きい環境で
使用しても出力の変動を生じない。インジェクタは，一
般に−４０〜１５０℃という環境で正常に作動すること
が要求され，上記圧電層よりなる圧電体素子を用いるこ
とで上述の温度範囲で正常に作動するインジェクタを得
ることができる。
【００７１】次に，請求項１７記載の発明のように，上
記圧電層を構成する焼結粒子は粒径８μｍ以下であるこ
とが好ましい。
【００７２】粒径の大きい焼結粒子は焼結時に粒成長が
生じたものであると考えられている。粒成長した焼結粒
子が含まれた場合の圧電層の強度は低下する。インジェ
クタの駆動源に用いる圧電体素子は，例えば高荷重（プ
リセット荷重５００Ｎ，発生力２０００Ｎ），高駆動回
数（２×１０9回以上），高周波数（２００Ｈｚ），高
立ち上り速度（１００μｓ）等といった過酷な用件を満
たす必要があるが，粒径８μｍ以下の焼結粒子より構成
される圧電層は強度が高く，このような過酷な環境下で
使用される圧電体素子として最適である。
【００７３】８μｍより大きい粒径を持つ焼結粒子が含
まれている場合は，圧電層の強度が低いため，上述した
ごとき過酷な条件で使用した場合，容易にクラックが発
生するなど，耐久性に劣るおそれがある。なお，粒径の
定義は前述した請求項１３と同様である。
【００７４】次に，請求項１８記載の発明のように，上
記インジェクタ用圧電体素子は内燃機関の１回の燃焼に
対して複数回の駆動を行なうインジェクタ用圧電体素子
として最適である。内燃機関用のインジェクタは複数回
の燃料噴射を行なうことで，排ガス中のＮＯｘやＨＣを
減らしている。圧電体素子を利用することで，きめ細か
く制御して燃料噴射状態の精密な制御を行うことができ
るインジェクタを得ることができるため，上述したよう
な燃料噴射を容易かつ正確に実現できる。
【００７５】
【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかるインジェクタ用圧電体素子
１につき，図１〜図６を用いて説明する。本例のインジ
ェクタ用圧電体素子１は，図６に示すごとく，インジェ
クタ５に内蔵されると共にインジェクタ５の駆動力を発
生する圧電体素子である。この圧電体素子１は，図２に
示すごとく，印加電圧に応じて伸張する複数の圧電層１
１と印加電圧供給用の内部電極層２１，２２とを交互に
積層してなる。
【００７６】図１（ａ）に示すごとく，各圧電層１１に
は空隙６１が含まれている。一つの圧電層１１に含まれ
る空隙６１の積層方向の総厚みは圧電層１１の積層方向
厚みの１／３以下であると共に，一つの空隙６１の積層
方向厚みは５０μｍ以下である。
【００７７】以下，詳細に説明する。圧電体素子１は，
図２に示すごとく，上記圧電層１１の層間に上記内部電
極層２１，２２を交互に正負となるように形成してな
る。同図に示すごとく，一方の内部電極層２１は一方の
側面１０１に露出するように配設され，他方の内部電極
層２２は他方の側面１０２に露出するように配設されて
いる。そして，圧電体素子１の側面１０１，１０２に
は，露出した内部電極層２１，２２の端部を導通させる
ように側面電極３１，３２を形成した。
【００７８】内部電極層２１，２２について詳細に説明
すると，内部電極層２１，２２で露出していない側の端
部１２０は，図４に示すごとく，徐々に先細りとなる断
面形状を有している。これは後述するごとく圧電体素子
１製造の際の温水ラバープレス等による熱圧着時等に端
部が潰れ，最終的に先細り形状となるのである。なお，
内部電極層２１，２２から電圧を印加した際，内部電極
層２１，２２と隣接する圧電層１１のＭ部は伸縮できる
が，どちらか一方の電極層しか存在しないＮ部は伸縮で
きない。
【００７９】また，圧電体素子１においては，図２に示
すごとく，積層方向の中央部分を駆動部１１１，これを
挟持するように配置された部分をバッファ部１１２，さ
らにこのバッファ部１１２を挟持するように配置された
部分をダミー部１１３とした。
【００８０】この圧電体素子１の製造方法と詳細構造に
ついて説明する。本例の圧電体素子１は広く用いられて
いるグリーンシート法を用いて製造することができる。
グリーンシートは，公知の方法により圧電材料の主原料
となる酸化鉛，酸化ジルコニウム，酸化チタン，酸化ニ
オブ，炭酸ストロンチウム等の粉末を所望の組成となる
ように秤量する。また，鉛の蒸発を考慮して，上記混合
比組成の化学量論比よりも１〜２％リッチになるように
調合する。これを混合機にて乾式混合し，その後８００
〜９５０℃で仮焼する。
【００８１】次いで，仮焼粉に純水，分散剤を加えてス
ラリーとし，パールミルにより湿式粉砕する。この粉砕
物を乾燥，粉脱脂した後，溶剤，バインダー，可塑剤，
分散剤等を加えてボールミルにより混合する。その後，
このスラリーを真空装置内で攪拌機により攪拌しながら
真空脱泡，粘度調整をする。
【００８２】次いで，スラリーをドクターブレード装置
により一定厚みのグリーンシートに成形する。回収した
グリーンシートはプレス機で打ち抜くか，切断機により
切断し，所定の大きさの矩形体に成形する。グリーンシ
ートは駆動部，バッファ部およびダミー部に共通であ
る。
【００８３】次いで，例えば銀／パラジウム＝７／３の
比率からなる銀およびパラジウムのペースト（以下，Ａ
ｇ／Ｐｄペーストという）により，成形後のグリーンシ
ートの一方の表面にパターンをスクリーン印刷成形す
る。図３（ａ），（ｂ）にパターン印刷後のグリーンシ
ートの一例を示す。なお説明の都合上，実質的に同一部
分には同一の符号を付す。
【００８４】圧電層となるグリーンシート１１の表面に
は，上記Ａｇ／Ｐｄペーストにより，略全面にこれより
もやや小さなパターン２１（２２）を形成し，内部電極
層２１（２２）とする。グリーンシート１１の表面の対
向辺の一方の側には，内部電極層２１（２２）の非形成
部１１９が設けてある。つまり，グリーンシート１１の
対向辺の一方の端部（圧電体素子１の側面１０１あるい
は１０２に相当する部分）には，内部電極層２１（２
２）が到達せず，対向する他方の端部には内部電極層２
１（２２）が到達するようにこれを配置した。
【００８５】このような内部電極層２１（２２）を形成
したグリーンシート１１は，駆動部１１１，バッファ部
１１２の変位量要求仕様に基づいて所定の積層枚数分用
意する。また，バッファ部１１２，ダミー部１１３用の
内部電極層を印刷していないグリーンシート１２も必要
枚数準備する。
【００８６】次いで，これらのグリーンシート１１，１
２を重ねる。図３（ｃ）は，グリーンシート１１，１２
の積層状態を示すもので，実質的に圧電体素子１の分解
図となっている。なお，同図は主として駆動部にかかる
部分を示した。内部電極層２１（２２）を形成したグリ
ーンシート１１を重ねる場合には，電極の非形成部１１
９が図中左側と右側に交互に位置するように重ねる。こ
れにより，グリーンシート１１の図中右側の側面１０１
に達して露出する内部電極層２１が一方の極の内部電極
となり，図中左側の側面１０２に達して露出している内
部電極層２２が他方の極の内部電極となる。
【００８７】そして，中央の駆動部１１１においては，
図３（ｃ）に示すごとく上記内部電極層２１（２２）を
形成したグリーンシート１１のみを用いて積層し，バッ
ファ部１１２においてグリーンシート１１の間に内部電
極層を形成していないグリーンシート１２を介在させて
積層し，ダミー部１１３においては内部電極層を形成し
ていないグリーンシート１２のみを用いて積層する。こ
れにより，図２に示す構造の積層体となる。
【００８８】次いで，温水ラバープレス等による熱圧着
後，電気炉により４００〜７００℃のもとで脱脂し，９
００〜１２００℃のもとで焼成する。次いで，上記積層
体の側面に上記Ａｇ／ＰｄペーストまたはＡｇペースト
等を塗布，焼き付けることにより外部電極３１，３２を
形成する。外部電極３１は，一方の極の内部電極層２１
が露出している位置に形成し，各内部電極層２１の導通
をとる。他方の外部電極３２は，他方の極の内部電極層
２２が露出している位置に形成し，各内部電極層２２の
導通をとる。その後，これを絶縁油中に浸漬し外部電極
３１，３２から内部電極層２１，２２間に直流電圧を印
加して圧電層１１を分極し，圧電体素子１を得る。
【００８９】なお，上記ダミー部１１３は，上記のごと
く駆動部１１１に用いた圧電層１１と同じ材質のグリー
ンシート（圧電層）１２を用いることにより，製造材料
の種類が増えないようにして製造コストの低減を図っ
た。しかしながら，このダミー部１１３の圧電層１２を
別の材料から構成してもよく，たとえば絶縁性の磁性材
料により構成することもできる。なお，同図において符
号３１５，３２５は絶縁板である。
【００９０】また，圧電体素子１の側面部１０１，１０
２の外部電極３１，３２には，それぞれ電極取出し部と
してのリード線（図示略）を接合した。そして，圧電体
素子１の積層方向に直交する側面１０１，１０２の全体
に，厚さ０．００５ｍｍ以上の絶縁皮膜を形成した（図
示略）。本例では，上記絶縁皮膜として，シリコン系樹
脂を用いた。
【００９１】次に，上記圧電体素子１の圧電層１１に含
まれる空隙の状態と圧電体素子１の性能との関係につい
て２つの試験を行って測定する。上述した手順にて圧電
体素子を複数個作製した。これら素子における圧電層は
Ｐｂ0.91Ｓｒ0.09｛（Ｚｒ0.538Ｔｉ0.452）（Ｙ0.5Ｎ
ｂ0.5）0.01｝Ｏ3という組成のＰＺＴとＭｎ2Ｏ3とより
なり，圧電層に対しＭｎは０．０９重量部含まれてい
る。
【００９２】この試験で用いる圧電体素子の圧電層の厚
みは１８０μｍである。圧電体素子の駆動条件は，プリ
セット荷重５００Ｎ，電界強度０〜１．５ｋＶ／ｍｍ，
入力波形は矩形波，駆動周波数２００Ｈｚである。駆動
回数は最高で２×１０9回とする。駆動時に圧電体素子
に流れる電流値，圧電体素子の電気抵抗値を測定するこ
とで，圧電体素子のショートをチェックし，ショートが
発生した段階で駆動を停止する。
【００９３】一つの圧電層１１に含まれる空隙６１の積
層方向の総厚みと圧電層１１の積層方向厚みとの比，つ
まり図１（ｂ）を例に上げると，（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）
／Ｈの値が異なる圧電体素子を表１に示すごとく５種
類，それぞれ１０個づつ，合計５０個準備する。これら
について上述の駆動試験を行い，駆動回数が２×１０9
に達する前にショートした圧電体素子をカウントし，表
１に記載した。なお，この試験において使用した圧電体
素子は，圧電層の作成時にビーズを混入させることで意
図的に所定量の空隙を発生させた。
【００９４】同表における空隙／圧電層は，（一つの圧
電層に含まれる空隙の積層方向の総厚み／圧電層の積層
方向厚み）の比である。この値が１／３より大きく１／
２以下である場合にショートが３個発生した（表１にお
いて１／２と記された行である）。その他，１／４より
大きく１／３以下である場合，１／５より大きく１／４
以下である場合，１／６より大きく１／５以下である場
合はショートは発生しなかったことが表１よりわかっ
た。また，空隙／圧電層の値が１／２である場合は，最
長でも１×１０8回の駆動を行うことでショートが発生
した。このように空隙が圧電層の厚みにくらべて多い場
合はショートしやすいことがわかった。
【００９５】次に，別の８０個の圧電体素子を準備し，
上記と同様の条件で２×１０9回駆動させた。この結
果，８０個中２６個の圧電体素子がショートした。ショ
ートした圧電体素子を，圧電層の積層方向と平行に切断
し，各空隙の厚みを測定し，これらの厚みの全平均を算
出した。算出結果を表２に記載した。表２より，ショー
トした圧電体素子の空隙厚みはいずれも５０μｍを越え
ており，最も空隙厚みの小さいもので５４μｍであっ
た。また，ショートしなかった圧電体素子について同様
に調査したところ，最も空隙厚みの大きいもので５０μ
ｍだった。
【００９６】よって，空隙の総厚み／圧電層の厚みを１
／３以下，空隙厚みを５０μｍ以下とすることで，耐久
性に優れて長期の連続駆動途中にショートが生じ難い圧
電体素子が得られることが分かった。このように耐久性
に優れているからこそ本例にかかる圧電体素子はインジ
ェクタ用として最適であることが分かった。
【００９７】次に，上記構成の圧電体素子１を駆動源と
して用いることができるインジェクタの一例について簡
単に説明する。インジェクタ５は，図６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５は，同図に示すご
とく，駆動部としての上記圧電体素子１が収容される上
部ハウジング５２と，その下端に固定され，内部に噴射
ノズル部５４が形成される下部ハウジング５３を有して
いる。
【００９８】上部ハウジング５２は略円柱状で，中心軸
に対し偏心する縦穴５２１内に，圧電体素子１が挿通固
定されている。縦穴５２１の側方には，高圧燃料通路５
２２が平行に設けられ，その上端部は，上部ハウジング
５２上側部に突出する燃料導入管５２３内を経て外部の
コモンレール（図略）に連通している。
【００９９】上部ハウジング５２上側部には，また，ド
レーン通路５２４に連通する燃料導出管５２５が突設
し，燃料導出管５２５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５２４は，縦穴５２
１と駆動部（圧電体素子）１との間の隙間５０を経由
し，さらに，この隙間５０から上下ハウジング５２，５
３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５５１に連通してしる。
【０１００】噴射ノズル部５４は，ピストンボデー５３
１内を上下方向に摺動するノズルニードル５４１と，ノ
ズルニードル５４１によって開閉されて燃料溜まり５４
２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５４３を備えている。燃料溜まり５４２は，ノズ
ルニードル５４１の中間部周りに設けられ，上記高圧燃
料通路５２２の下端部がここに開口している。ノズルニ
ードル５４１は，燃料溜まり５４２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５４
４から閉弁方向の燃料圧を受けており，背圧室５４４の
圧力が降下すると，ノズルニードル５４１がリフトし
て，噴孔５４３が開放され，燃料噴射がなされる。
【０１０１】背圧室５４４の圧力は３方弁５５１によっ
て増減される。３方弁５５１は，背圧室５４４と高圧燃
料通路５２２，またはドレーン通路５２４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５２２ま
たはドレーン通路５２４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５５２，油
圧室５５３，小径ピストン５５４を介して，駆動され
る。
【０１０２】次に，本例の作用効果について説明する。
空隙を有する圧電層はインジェクタ用駆動源としての過
酷な環境下で圧電体素子のショートの原因となる。前述
したごとく，インジェクタの駆動源として用いる圧電体
素子には，例えば１００ＭＰａを超えるような高圧燃料
を噴射することが要求されるため，過酷な使用環境下で
の信頼性が要求される。インジェクタ用の圧電体素子
は，例えば変位量が２０μｍ以上，発生力１０００Ｎ以
上という高性能を発揮することが要求される。さらに，
圧電体素子の小型化に伴って圧電層は薄くなる傾向があ
るが，付与される電界強度は１．０ｋＶ／ｍｍ以上と高
くなる傾向がある。
【０１０３】空隙を有する圧電層は，駆動回数が多く，
高い電界強度にさらされるインジェクタ用圧電体素子と
しての過酷な環境下において容易に絶縁破壊が発生し，
ショートする。これに伴い圧電体素子の耐久性や性能が
多いに低下することがある。
【０１０４】空隙を有する圧電層に電圧を印加した場
合，分極した空隙が圧電層の積層方向に多数存在した状
態で，例えば電界強度１．０ｋＶ／ｍｍ以上の高い駆動
周波数による駆動を繰り返した場合，電圧印加方向で圧
電層が薄くなった部分で絶縁破壊が生じ，ショートの原
因となる。
【０１０５】本例にかかる圧電層は小さな空隙しか含ん
でいない。つまり，本発明にかかる圧電層は電圧印加時
の絶縁性が高く，上述した問題が生じ難い。本例によれ
ば，圧電層に含まれる空隙の総厚みが圧電層の厚みの１
／３以下で，空隙厚みが５０μｍ以下となるような圧電
層を持った圧電体素子であれば，耐久性に優れ，長期に
わたって過酷な環境で使用可能で，インジェクタの駆動
源として適していることがわかった。
【０１０６】以上，本例によれば，インジェクタの駆動
源に最適な圧電体素子を提供することができる。
【０１０７】なお，本例の圧電体素子１は，図５（ａ）
に示すごとく，駆動部１１１，バッファ部１１２，ダミ
ー部１１３よりなる。その他の例として，図５（ｂ）に
示すごとく，積層方向中央にバッファ部１１２，その両
側に駆動部１１１を設け，更に該駆動部１１１の両側に
更に別のバッファ部１１２，その両側にダミー部１１３
を設ける構成がある。これにより，圧電体素子の中央部
の自己発熱を緩和できる。
【０１０８】また，図５（ｃ）に示すごとく，積層方向
中央に駆動部１１１，その両側にバッファ部１１２を設
け，更にその両側に駆動部１１１を設け，該駆動部１１
１の両側に更にバッファ部１１２，ダミー部１１３を設
けることもできる。これにより，図５（ｂ）に示すもの
に比べて更に応力や自己発熱を緩和できる。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
【表２】
【０１１１】実施形態例２ 本例では，図７，図８に示すごとく，内部電極層の厚み
と圧電層の厚みとの比とクラックの発生状況とについて
測定する。実施形態例１と同様の方法で，内部電極層の
厚みと圧電層の厚みとの比の異なる圧電体素子を，図８
に示すごとく７種類，各５個，合計３５個作製した。
【０１１２】これらに実施形態例１と同様の駆動条件で
２×１０9回の駆動を行なった。その後，クラックが発
生した圧電体素子の個数をカウントし，図８にまとめて
記載した。なお，本例の駆動で発生するクラック６３
は，図７に示すごとく，内部電極層２１の端部２１０の
近傍を中心に発生する。
【０１１３】同図より知れるごとく，（内部電極層の厚
み／圧電層の厚み）の比が０．１１倍以下であれば図７
に示すごときクラック６３が発生しないことがわかっ
た。このように内部電極層を圧電層に比して相対的に薄
くすることで，内部電極層の端部付近での歪みを減らす
ことができ，歪み由来のクラック発生を防止することが
できる。
【０１１４】従って，（内部電極層の厚み／圧電層の厚
み）を０．１１倍以下とすることで，耐久性が高く，長
期にわたって過酷な環境で使用可能であり，インジェク
タの駆動力発生用に最適な圧電体素子を得ることができ
る。
【０１１５】実施形態例３ 本例では，図９に示すごとく，内部電極層の厚みとクラ
ックの発生状況とについて測定する。実施形態例１と同
様の方法で，内部電極層の厚みが異なる圧電体素子を図
９に示すごとく１１種類，各厚みについて５個づつ，合
計５５個準備した。これらに対し実施形態例１と同様の
駆動条件で２×１０9回の駆動を行なった。その後，ク
ラックが発生した圧電体素子の個数をカウントし，図９
にまとめて記載した。なお，本例の駆動で発生するクラ
ック６３は，前述した図７に示すごとく，内部電極層２
１の端部２１０の近傍を中心に発生する。
【０１１６】同図より知れるごとく，内部電極層の厚み
が１２μｍ以下であれば，クラックが発生しないことが
わかった。このように内部電極層２１を薄くすること
で，内部電極層２１の端部２１０付近での歪みを減らす
ことができ，歪み由来のクラック発生を防止することが
できる。従って，内部電極層２１を薄くすることで耐久
性が高く，長期にわたって過酷な環境で使用可能であ
り，インジェクタの駆動力発生用に最適な圧電体素子を
得ることができる。
【０１１７】実施形態例４ 本例では，図１０及び図１１に示すごとく，内部電極層
と隣接する圧電層の積層面が内部電極層によって，どれ
だけカバーされているか，内部電極層と圧電層との面積
比（Ｓ２／Ｓ１）と圧電体素子の発生力，発生クラック
数との関係について測定する。なお，図１０にＳ１とＳ
２についての具体例を記載した。
【０１１８】実施形態例１と同様の方法で面積比Ｓ２／
Ｓ１が異なる圧電体素子を図１１に示すごとく，１０種
類，各面積比について５個づつ，合計５０個作製した。
なお，本例にて作製した圧電体素子の圧電層の断面積は
７５ｍｍ2とした。これらに対し実施形態例１と同様の
駆動条件で２×１０9回の駆動を行なった。その後，ク
ラックが発生した圧電体素子の個数を，図１１にまとめ
て記載した。なお，本例の駆動で発生するクラック６３
は，前述の図７に示すごとく，内部電極層２１の端部２
１０の近傍を中心に発生する。また，上記駆動において
得られた発生力を各面積比にかかる圧電体素子について
測定し，図１１にまとめて記載した。
【０１１９】図１１より，面積比が１００％に近づくほ
ど発生力が高くなることが分かった。しかし，面積比が
９８％より大きい圧電体素子についてはクラックが発生
するものも認められた。
【０１２０】このように，本例の圧電体素子でインジェ
クタ駆動力発生用として必要な１０００Ｎを得るために
は，７０％以上の面積比が必要であることがわかった。
また，クラックの発生状況から面積比を９８％以下とす
ればクラックが発生しないことがわかった。従って，圧
電層の面積が７５ｍｍ2と小型の圧電体素子について面
積比を７０％〜９８％とすることで，より高い発生力を
持つとともに，耐久性が高く，長期にわたって過酷な環
境で使用可能で，インジェクタの駆動力発生用に最適と
なる圧電体素子が得られることが分かった。
【０１２１】実施形態例５ 本例では，前述した図５（ａ）に示すごとき駆動部，バ
ッファ部，ダミー部よりなる圧電体素子において，各部
の圧電層厚みとクラックの発生との関係について測定す
る。実施形態例１と同様の方法で各厚み比に対応する圧
電体素子をそれぞれ１０個ずつ準備した。すなわち，駆
動部での圧電層の厚みを１とすると，ダミー部の圧電層
の厚みが２．５倍から３．２倍，また，ダミー部の圧電
層の厚みが１倍から５．２倍となる圧電体素子をそれぞ
れ３個づつ準備した。詳細な組み合わせは表３に記載し
た。
【０１２２】これらについて，実施形態例１と同様の駆
動条件で２×１０9回の駆動を行なった。駆動後，各層
間部に発生するクラックの本数を測定した。なお，本例
の駆動で発生するクラック６３は，前述の図７に示すご
とく，内部電極層２１の端部２１０の近傍を中心に発生
する。表３に対し，クラックが１個でも発生した圧電体
素子について×を，３個とも発生しなかったものについ
ては○を記載した。
【０１２３】同表によれば，駆動部の圧電層の厚みに対
し，バッファ部の圧電層を１．１〜５倍の厚みとし，ま
た駆動部の圧電層の厚みに対し，ダミー部の圧電層を３
倍以上とすればクラックが生じない圧電体素子が得られ
ることがわかった。このような圧電体素子は，長期にわ
たって過酷な環境で使用可能であり，インジェクタの駆
動力発生用に最適である。
【０１２４】
【表３】
【０１２５】実施形態例６ 本例では，前述した図５（ａ）に示すごとき駆動部，バ
ッファ部，ダミー部よりなる圧電体素子において，駆動
部における圧電層厚みとクラックの発生との関係につい
て測定する。実施形態例１と同様の方法で圧電層厚みの
異なる圧電体素子を各厚みについて３個ずつ準備した。
なお，厚みの具体的数値は表４に記載した。なお，本例
の圧電体素子は，変位方向に垂直な断面積が７５ｍ
ｍ2，変位方向に平行な長さが６０ｍｍといった小型の
素子である。
【０１２６】これらについて，実施形態例１と同様の駆
動条件で２×１０9回の駆動を行なった。駆動後，各層
間部に発生するクラックの本数を測定した。なお，本例
の駆動で発生するクラック６３は，前述の図７に示すご
とく，内部電極層２１の端部２１０の近傍を中心に発生
する。表４に対し，クラックが１個でも発生した圧電体
素子を持つセルについて×を，３個とも発生しなかった
ものについては○を記載した。また，クラック発生数
は，クラックの発生した圧電体素子の個数である。同表
より，圧電層の厚みを２８０μｍ以下とすることでクラ
ックが生じない圧電体素子が得られることがわかった。
【０１２７】また，本例の作用効果について説明する。
図１２（ａ）に示すごとく，圧電体素子５は駆動にあた
り積層方向について矢線Ｆに示すようにプリセット荷重
がかけられる。そして，図１２（ｂ）に示すごとく，積
層方向は伸びが生じ，積層方向に対する垂直方向は縮み
が生じて鼓型に圧電体素子が変形する。
【０１２８】ところで，圧電体素子５の積層方向の長さ
が同じであれば，図１２（ｃ）に示すような厚い圧電層
よりなる圧電体素子の積層数は少なく，図１２（ｄ）に
示すような薄い圧電層よりなる圧電体素子の積層数は多
くなる。両者において共に同じ変位が発生した場合，図
１２（ｃ）に示すように圧電層５１は符号５１０のよう
に大きな伸びが生じ，図１２（ｄ）に示すように薄い圧
電層５２は符号５２０のように伸びが小さい。つまり，
厚い圧電層よりなる圧電体素子のほうが１層あたりの変
形量が大きくなる。
【０１２９】よって，変位量が２０μｍ，立ち上がり時
間が１００μｓと早く，駆動周波数が２００Ｈｚと早い
圧電体素子では，鼓型の変形が大きく，かつ素早く生じ
るため，前述する図７に示すようなクラックが発生しや
すくなる。従って，表４より知れるごとく，圧電層の厚
みを２８０μｍ以下とすることで，インジェクタに要求
される過酷な条件下でもクラックが発生し難い圧電体素
子を得ることができる。
【０１３０】
【表４】
【０１３１】実施形態例７ 本例では，前述した図５（ｃ）に示すごとき駆動部，バ
ッファ部，ダミー部よりなる圧電体素子において，駆動
部中のバッファ層の数と圧電体素子の上昇温度との関係
について説明する。実施形態例１と同様の方法で試料と
なる圧電体素子を準備した。それぞれ駆動部中のバッフ
ァ部の数が異なる。なお，バッファ部０とは図５（ａ）
に示すごとき圧電体素子である。
【０１３２】これらについて，実施形態例１と同様の駆
動条件で２×１０9回の駆動を行なった。この駆動を１
０時間継続し，その後の温度を測定し，駆動前から何度
上昇したかを表５に記載した。同表より知れるごとく，
バッファ部の数が多いほど温度の上昇が抑制された。従
って，バッファ部を増やすことで駆動回数が多く高温下
にあるインジェクタ用圧電素子として長期にわたって過
酷な環境で使用可能な圧電体素子が得られることが本例
よりわかった。
【０１３３】
【表５】
【０１３４】実施形態例８ 本例では，前述した図５（ａ）に示すごとき駆動部，バ
ッファ部，ダミー部よりなる圧電体素子において，（ダ
ミー部での圧電層の厚み／駆動部での圧電層の厚み）と
クラックの発生との関係について，実施形態例５で得た
表３に基づいて説明する。（ダミー部での圧電層の厚み
／駆動部での圧電層の厚み）が２．７以下であるものに
ついてはショートが発生した。また，２．８及び２．９
のものについてはクラックが生じたことがわかった。し
かし，３．０を越えたものについてはクラックもショー
トも生じないことがわかった。
【０１３５】ところで図１３（ａ）に示すごとく，駆動
部及びバッファ部のみよりなる圧電体素子６９と，図１
３（ｂ）に示すごとく，駆動部，バッファ部，ダミー部
よりなる圧電体素子６とを考える。圧電体素子６９は矢
線Ｆに示すごとく，プリセット荷重を付与しつつ駆動す
ることで，積層方向に伸びて，垂直方向に縮むことから
同図に示す鼓型に変形する。図１３（ｂ）はダミー部を
設けてあるため，同図に示すような上下端面が平坦な状
態で変形する。
【０１３６】インジェクタの駆動源として用いる圧電体
素子には上述したごとき過酷な条件下において駆動され
る。例えば変位量が２０μｍ以上，立ち上がり時間は１
００μｓ等という駆動である。上記条件による駆動が，
例えば２００Ｈｚという駆動周波数で行われる場合，前
述した図４のＮ部のような変位しない箇所，駆動された
い箇所に過剰な引張応力がかからないようにする必要が
ある。
【０１３７】しかし，駆動部は駆動時にその形状が鼓型
となるため，上下の端面からプリセット荷重を加えた場
合，駆動部とプリセット荷重を与える面との間が点接触
となるおそれがある。この場合，非駆動部であるＮ部に
はプリセット荷重が殆どかからない。
【０１３８】そこで駆動により変形しないダミー部を上
下の端面に設け，ここにおいてプリセットの荷重を面で
受けるように圧電体素子を構成する。これにより，Ｎ部
のような非駆動部に対しても，充分なプリセット荷重が
加わると共に，過剰な引っ張り応力をかからないように
することができる。
【０１３９】ダミー部の圧電層の厚みを駆動部の圧電層
の３倍以上の厚みとすることで，駆動部，バッファ部の
変形を吸収することができ，プリセット荷重がＮ部のよ
うな非駆動部に伝達され，クラックを生じ難くすること
ができる。従って，駆動回数の多いインジェクタ駆動源
として用いた場合に，クラックの発生を防止でき，長期
にわたって使用可能な圧電体素子を得ることができる。
【０１４０】実施形態例９ 本例では，内部電極をＡｇ・Ｐｄ含有材料より構成した
際のＰｄの含有量と電極被覆率との関係について測定す
る。実施形態例１と同様の方法で内部電極層でのＰｄの
含有量の異なる４種類の圧電体素子を準備した。なお，
本例の圧電体素子は変位方向に垂直な断面積が７５ｍｍ
2，変位方向に平行な長さが６０ｍｍといった小型の素
子である。また，実施形態例１と同様の方法で内部電極
層が銀のみよりなる圧電体素子を準備した。
【０１４１】これらの圧電体素子の電極被覆率を圧電体
素子をスライスして電子顕微鏡で観察して測定したとこ
ろ，図１４に示すごとく，銀のみで内部電極層を構成し
た場合の被覆率は低く，Ｐｄの含有量が増えるほど，高
い被覆率が得られることがわかった。
【０１４２】特に２０００Ｎ以上の高い発生力を得るた
めには７０％以上の電極被覆率を持つことが好ましい
が，その場合はＰｄの含有量を１０重量％以上とするこ
とが好ましいことが解った。
【０１４３】実施形態例１０ 本例では，内部電極層がＡｇ・Ｐｄよりなり，これを構
成する焼結粒子の粒径の状態とクラックの発生との関係
について測定する。
【０１４４】実施形態例１と同様の方法で焼成による粒
成長を考慮して，粒径が異なる圧電体素子を６種類，各
３個づつ，合計１８個作製した。なお，粒径は焼成が終
わった後に測定したが，この測定方法は後述する実施形
態例１２に詳細を記載した。また，ここで作製した圧電
体素子の圧電層の積層方向の断面積は７５ｍｍ2とし
た。
【０１４５】これらに対し実施形態例１と同様の駆動条
件で２×１０9回の駆動を行なった。その後，クラック
が発生した圧電体素子をカウントし，表６にまとめて記
載した。上記測定の結果，粒径が９．８μｍ以下ではク
ラックが生じなかったが，１１．２μｍではクラックが
生じた（３個のうち２個）ことがわかった。このよう
に，内部電極層での焼結粒子の粒径が１０μｍ以下であ
る圧電体素子は長期にわたって過酷な環境で使用可能で
あり，インジェクタの駆動力発生用に最適であることが
わかった。
【０１４６】
【表６】
【０１４７】実施形態例１１ 本例では，圧電層に含まれるＭｎの量と圧電体素子の変
位量，耐久性とについて測定する。実施形態例１と同様
の方法で試料となる圧電体素子を準備するが，この時，
圧電層の組成を適宜変更する。各試料の圧電層はＰｂ
0.91Ｓｒ0.09｛（Ｚｒ0.538Ｔｉ0.452）（Ｙ0.5Ｎ
ｂ0.5）0.01｝Ｏ3という組成のＰＺＴとＭｎ2Ｏ3とより
なる。そして，圧電層に対し，Ｍｎが０（つまりＰＺＴ
のみ），５×１０-3重量％，１×１０-2重量％，１．５
×１０-2重量％含まれる圧電体素子を各組成について４
個づつ，合計１６個，実施形態例１と同様にして準備し
た。
【０１４８】これらについて実施形態例１と同様の駆動
条件で２×１０9回の駆動を行なった。その後，ショー
トの有無，クラックの本数を測定した。この結果を表７
に記載した。なお，本例の駆動で発生するクラック６３
は，前述の図７に示すごとく，内部電極層２１の端部２
１０の近傍を中心に発生する。Ｍｎが５×１０-3重量％
以上含まれている圧電層よりなる圧電体素子はショート
もなく，クラックも生じなかったが，Ｍｎが含まれてい
ない圧電層よりなる圧電体素子はショートしたり，クラ
ックが発生した。
【０１４９】また，実施形態例１と同様の方法で試料と
なる圧電体素子を準備するが，この時，圧電層の組成を
変更する。各試料の圧電層は上記と同様のＰＺＴとＭｎ
2Ｏ3とよりなる。そして，圧電層に対するＭｎの含有量
を違えた圧電体素子を，実施形態例１と同様にして準備
した。
【０１５０】この圧電体素子を実施形態例１と同様に駆
動して，変位量をレーザー変位計で測定した。この結果
を図１５に記載した。図１５より，Ｍｎが少ないほど変
位量が大きいことが分かった。つまりＭｎを入れすぎる
とインジェクタ用として要求される大きな変位量が得難
くなる可能性が示唆される。
【０１５１】以上より，Ｍｎは少ないとクラック防止効
果が薄く，多すぎると変位量が減少してしまうことか
ら，圧電層に対し５×１０-3〜０．４重量％含まれてい
ることがよいことが分かった。
【０１５２】
【表７】
【０１５３】実施形態例１２ 本例は，圧電層の粒径の分布と変位量，耐久性とについ
て測定する。実施形態例１と同様の方法で試料となる圧
電体素子を準備するが，焼成後の粒成長を考慮して同程
度の粒径を持つ圧電層が得られるようにした。そして，
ほぼ同じ粒径の圧電層よりなる圧電体素子をそれぞれ３
個準備した。また，各圧電体素子の変位量を実施形態例
１１と同様に測定した。また，圧電層の粒径を図１６に
示すとおり測定した。
【０１５４】つまり，圧電体素子を切断し，圧電層の断
面を露出させる。この断面を走査型顕微鏡で焼結粒子の
粒界が判別できる写真を撮影する。ここにおいて，一片
が５０μｍとなる四角形αを設け，該四角形αの一辺か
ら対辺まで貫通するような直線β，直線γ等を設ける。
この直線は全部で１０本ランダムに設けた。そして，同
図に示すごとく，各焼結粒子と各直線とが重なった部分
ｒ１〜ｒ９等を測定し，該ｒ１〜ｒ９等の平均値を算出
し，これを粒径とする。
【０１５５】圧電体素子を準備して，これらについて実
施形態例１と同様の駆動条件で駆動させショートやクラ
ックの発生状況を調べた。この結果は表８に記載した。
なお，本例の駆動で発生するクラック６３は，前述の図
７に示すごとく，内部電極層２１の端部２１０の近傍を
中心に発生する。
【０１５６】表８より，粒径が８μｍ以下のものはショ
ートもクラックも生じなかった。粒径が８．５μｍでは
２×１０6回の駆動は可能であったが，クラックが発生
した。粒径が９．２μｍでは２×１０6回駆動するまえ
にショートが発生した。
【０１５７】以上より，粒径が大きすぎるとクラックが
生じるため，圧電層の焼結粒子の粒径は８μｍ以下であ
ることが好ましいことが分かった。
【０１５８】なお，本発明では圧電体素子断面が矩形形
状について適用したが，本発明はこれに限るものではな
く，図１７に示すごとく，圧電体素子１の断面がたる型
形状や丸型形状，図１８に示すごとく，八角形状である
ものに適用しても，同様の効果を得ることができる。
【０１５９】
【表８】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，（ａ）空隙の含まれる
圧電層の要部説明図，（ｂ）空隙の積層方向の総厚み及
び空隙の積層方向厚みの説明図。
【図２】実施形態例１における，（ａ）圧電体素子の斜
視図，（ｂ）圧電体素子の積層方向断面説明図。
【図３】実施形態例１における，（ａ），（ｂ）一枚の
圧電層と内部電極層の平面図，（ｃ）圧電層と内部電極
層との積層状態を示す斜視展開図。
【図４】実施形態例１における，内部電極層の端部の状
態を示す説明図。
【図５】実施形態例１における，（ａ）〜（ｃ）駆動
部，バッファ部，ダミー部よりなる各種の圧電体素子の
説明図。
【図６】実施形態例１における，インジェクタの断面説
明図。
【図７】実施形態例２における，内部電極層の端部から
圧電体素子の側面に向かって生じるクラックの説明図。
【図８】実施形態例２における，（内部電極層の厚み／
圧電層の厚み）の比とクラックが発生した圧電体素子の
個数との関係を示す線図。
【図９】実施形態例３における，内部電極層の厚みとク
ラックが発生した圧電体素子の個数との関係を示す線
図。
【図１０】実施形態例４における，圧電層のＳ１とＳ２
とについて示す説明図。
【図１１】実施形態例４における，（内部電極層の面積
Ｓ２／圧電層の面積Ｓ１）とクラックの発生した圧電体
素子個数と，発生力との関係を示す線図。
【図１２】実施形態例６における，（ａ），（ｂ）プリ
セット荷重が加えられた圧電体素子の駆動状態を示す説
明図，（ｃ）厚い圧電層の変位状態の説明図，（ｄ）薄
い圧電層の変位状態の説明図。
【図１３】実施形態例８における，（ａ）駆動部とバッ
ファ部のみよりなる圧電体素子の説明図，（ｂ）駆動
部，バッファ部及びダミー部よりなる圧電体素子の説明
図。
【図１４】実施形態例９における，Ｐｄ含有量（重量
部）と電極被覆率（％）との関係を示す線図。
【図１５】実施形態例１１における，Ｍｎの含有量と変
位量との関係を示す線図。
【図１６】実施形態例１２における，粒径と変位量との
関係を示す線図。
【図１７】断面がたる型である圧電体素子の斜視図。
【図１８】断面が八角形である圧電体素子の斜視図。
【符号の説明】
１．．．圧電体素子， １１．．．圧電層， １１１．．．駆動部， １１２．．．バッファ部， １１３．．．ダミー部， ２１，２２．．．内部電極層，
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 孝史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA46 CC06T CC14 CC67 CC68U CD15 CD26 CD28 CE13 CE27

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インジェクタに内蔵されると共に該イン
    ジェクタの駆動力を発生する圧電体素子であって，該圧
    電体素子は，印加電圧に応じて伸張する複数の圧電層と
    印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層してなり，
    上記各圧電層には空隙が含まれており，一つの圧電層に
    含まれる空隙の積層方向の総厚みは圧電層の積層方向厚
    みの１／３以下であると共に，一つの空隙の積層方向厚
    みは５０μｍ以下であることを特徴とするインジェクタ
    用圧電体素子。
  2. 【請求項２】 請求項１において，上記圧電体素子は２
    ×１０9回以上駆動することが可能であることを特徴と
    するインジェクタ用圧電体素子。
  3. 【請求項３】 インジェクタに内蔵されると共に該イン
    ジェクタの駆動力を発生する圧電体素子であって，該圧
    電体素子は，印加電圧に応じて伸張する複数の圧電層と
    印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層してなり，
    上記内部電極層の厚みは，上記圧電層の厚みの０．１１
    倍以下であることを特徴とするインジェクタ用圧電体素
    子。
  4. 【請求項４】 請求項３において，上記内部電極層の厚
    みは１２μｍ以下であることを特徴とするインジェクタ
    用圧電体素子。
  5. 【請求項５】 インジェクタに内蔵されると共に該イン
    ジェクタの駆動力を発生する圧電体素子であって，該圧
    電体素子は，印加電圧に応じて伸張する複数の圧電層と
    印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層してなり，
    上記圧電層における圧電層積層方向と垂直な積層面の面
    積Ｓ１と，該積層面を覆う内部電極層の面積Ｓ２との間
    には，７０％≦Ｓ２／Ｓ１≦９８％という関係が成り立
    つことを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一項において，
    上記圧電体素子は，上記圧電層の積層方向において，駆
    動部と該駆動部を挟持するように配置されたバッファ部
    と，該バッファ部を挟持するように配置されたダミー部
    に区分けされており，上記駆動部，バッファ部，ダミー
    部は，電圧印加時における伸縮量が駆動部，バッファ
    部，ダミー部の順に小さくなるように構成されており，
    上記バッファ部における圧電層の厚みは，駆動部におけ
    る最も薄い圧電層の厚みの１．１〜５．０倍であること
    を特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
  7. 【請求項７】 請求項６において，上記駆動部における
    圧電層の厚みは２８０μｍ以下であることを特徴とする
    インジェクタ用圧電体素子。
  8. 【請求項８】 請求項６または７において，上記バッフ
    ァ層は複数の圧電層を有することを特徴とするインジェ
    クタ用圧電体素子。
  9. 【請求項９】 請求項６〜８のいずれか一項において，
    上記駆動部と上記バッファ部とは交互に複数個配置され
    ていることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
  10. 【請求項１０】 請求項６〜９のいずれか一項におい
    て，上記ダミー部における圧電層の厚みは，上記駆動部
    における最も薄い圧電層の厚みの３倍以上であることを
    特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか一項におい
    て，上記内部電極層はＡｇとＰｄとを含むＡｇ・Ｐｄ含
    有材料よりなることを特徴とするインジェクタ用圧電体
    素子。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において，上記Ａｇ・Ｐｄ
    含有材料において，ＡｇとＰｄとの合計重量に対し，Ｐ
    ｄは１０重量％以上含有されていることを特徴とするイ
    ンジェクタ用圧電体素子。
  13. 【請求項１３】 請求項１１または１２において，上記
    Ａｇ・Ｐｄ含有材料を構成する焼結粒子は粒径１０μｍ
    以下のものが焼結粒子全体の８０％以上を占めているこ
    とを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
  14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれか一項におい
    て，上記圧電層はジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする
    ことを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
  15. 【請求項１５】 請求項１４において，上記圧電層はＭ
    ｎが含有され，該圧電層に対し，Ｍｎが５×１０-3〜
    ０．４重量％含まれていることを特徴とするインジェク
    タ用圧電体素子。
  16. 【請求項１６】 請求項１４または１５において，上記
    ジルコン酸チタン酸鉛はＰｂ（Ｙ0.5Ｎｂ0.5）Ｏ3−Ｐ
    ｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3系３成分固溶体を基本組成と
    し，上記３成分固溶体中の各成分の割合が，０．５モル
    ％≦Ｐｂ（Ｙ0.5Ｎｂ0.5）Ｏ3≦３モル％，４２モル％
    ＜ＰｂＴｉＯ3＜５０モル％，４７モル％＜ＰｂＺｒＯ3
    ≦５７．５モル％であり，ＳｒによるＰｂの置換基が５
    モル％より多く１５モル％以下であり，Ｎｂ2Ｏ5の上記
    ジルコン酸チタン酸鉛に対する含有量が１重量％以下，
    Ｍｎ2Ｏ5の上記ジルコン酸チタン酸鉛に対する含有量が
    ０．０１重量％以上，０．５重量％未満であることを特
    徴とするインジェクタ用圧電体素子。
  17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれか一項におい
    て，上記圧電層を構成する焼結粒子は粒径８μｍ以下で
    あることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
  18. 【請求項１８】 請求項１〜１７のいずれか一項におい
    て，内燃機関の１回の燃焼に対して複数回の駆動を行な
    うことを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
JP2001130168A 2000-05-31 2001-04-26 インジェクタ用圧電体素子 Pending JP2002054526A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001130168A JP2002054526A (ja) 2000-05-31 2001-04-26 インジェクタ用圧電体素子
DE60137818T DE60137818D1 (de) 2000-05-31 2001-05-30 Piezoelektrisches Bauelement für eine Einspritzvorrichtung
US09/866,876 US6483227B2 (en) 2000-05-31 2001-05-30 Piezoelectric element for injector
EP01113202A EP1160886B1 (en) 2000-05-31 2001-05-30 Piezoelectric element for injector
US10/231,061 US6888290B2 (en) 2000-05-31 2002-08-30 Piezoelectric element for injector

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000-163234 2000-05-31
JP2000163234 2000-05-31
JP2001130168A JP2002054526A (ja) 2000-05-31 2001-04-26 インジェクタ用圧電体素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002054526A true JP2002054526A (ja) 2002-02-20

Family

ID=26593089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001130168A Pending JP2002054526A (ja) 2000-05-31 2001-04-26 インジェクタ用圧電体素子

Country Status (4)

Country Link
US (2) US6483227B2 (ja)
EP (1) EP1160886B1 (ja)
JP (1) JP2002054526A (ja)
DE (1) DE60137818D1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005159040A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Kyocera Corp 圧電素子および燃料噴射装置
JP2005191047A (ja) * 2003-12-24 2005-07-14 Kyocera Corp 積層型圧電素子および噴射装置
US6989627B2 (en) 2003-02-12 2006-01-24 Denso Corporation Stacked piezoelectric device
US7073265B2 (en) 2003-02-12 2006-07-11 Denso Corporation Stacked piezoelectric device and method of fabricating same
JP2007221094A (ja) * 2006-01-23 2007-08-30 Ngk Insulators Ltd 積層型圧電／電歪素子
WO2010001800A1 (ja) * 2008-06-30 2010-01-07 京セラ株式会社 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置および燃料噴射システム

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6787975B2 (en) * 2000-05-31 2004-09-07 Denso Corporation Piezoelectric device for injector
JP2002054526A (ja) * 2000-05-31 2002-02-20 Denso Corp インジェクタ用圧電体素子
DE10202574A1 (de) * 2001-02-15 2002-09-12 Ceramtec Ag Piezokeramischer Vielschichtaktor mit einem Übergangsbereich zwischen dem aktiven Bereich und den inaktiven Kopf- und Fußbereichen
JP2003097418A (ja) * 2001-07-18 2003-04-03 Denso Corp 圧電体素子の変位伝達構造
US6764136B2 (en) 2002-02-26 2004-07-20 Delta Tooling Co., Ltd. Reclining adjuster
DE10234787C1 (de) * 2002-06-07 2003-10-30 Pi Ceramic Gmbh Keramische Tec Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Vielschichtaktors, monolithischer Vielschichtaktor aus einem piezokeramischen oder elektrostriktiven Material
DE10307825A1 (de) * 2003-02-24 2004-09-09 Epcos Ag Elektrisches Vielschichtbauelement und Schichtstapel
EP1653527A4 (en) * 2003-07-28 2009-12-23 Kyocera Corp ELECTRONIC COMPONENT OF THE LAMINATED TYPE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND PIEZOELECTRIC ELEMENT OF THE LAMINATED TYPE
WO2005029603A1 (ja) * 2003-09-24 2005-03-31 Kyocera Corporation 積層型圧電素子
JP4593912B2 (ja) * 2003-12-24 2010-12-08 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびその製法、並びに噴射装置
EP1596058B1 (en) * 2004-05-14 2008-03-05 Delphi Technologies, Inc. Connector arrangement
US20050258715A1 (en) * 2004-05-19 2005-11-24 Schlabach Roderic A Piezoelectric actuator having minimal displacement drift with temperature and high durability
JP4931334B2 (ja) * 2004-05-27 2012-05-16 京セラ株式会社 噴射装置
DE102004031402A1 (de) * 2004-06-29 2006-02-09 Siemens Ag Piezoelektrisches Bauteil mit Sollbruchstelle, Verfahren zum Herstellen des Bauteils und Verwendung des Bauteils
JP4878133B2 (ja) * 2004-09-13 2012-02-15 株式会社デンソー 圧電アクチュエータ
DE502006004677D1 (de) * 2005-07-26 2009-10-08 Siemens Ag Monolithischer piezoaktor mit drehung der polarisationsrichtung im übergangsbereich sowie verwendung des piezoaktors
US7443080B2 (en) * 2006-01-23 2008-10-28 Ngk Insulators, Ltd. Laminated piezoelectric/electrostrictive device
EP1978568B1 (en) * 2007-02-19 2011-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Piezoceramic multilayer actuator and method of manufacturing the same
EP1978567B1 (en) * 2007-02-19 2014-06-25 Continental Automotive GmbH Piezoceramic multilayer actuator and method of manufacturing a piezoceramic multilayer actuator
EP1978569B1 (en) * 2007-02-19 2011-11-30 Siemens Aktiengesellschaft Piezoceramic multilayer actuator and method of manufacturing a piezoceramic multilayer actuator
JP6068449B2 (ja) * 2012-04-19 2017-01-25 日本碍子株式会社 膜型圧電／電歪素子
KR20150042498A (ko) * 2013-10-11 2015-04-21 삼성전기주식회사 압전소자 및 이를 포함하는 진동발생장치

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57136859U (ja) * 1981-02-18 1982-08-26
JPS601877A (ja) * 1983-06-20 1985-01-08 Nippon Soken Inc 積層型圧電体
DE3409815A1 (de) * 1984-03-16 1985-09-26 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Porositaet aufweisende gesinterte oxidkeramik und daraus hergestellte wandler
US4752664A (en) * 1985-07-05 1988-06-21 Sharp Kabushiki Kaisha Microwave oven with a removably attached heater
JPS63207185A (ja) * 1987-02-23 1988-08-26 Toyota Motor Corp 圧電アクチユエ−タ
JPH01172281A (ja) * 1987-12-25 1989-07-07 Japan Radio Co Ltd 圧電振動子用誘電体材料
JPH01187363A (ja) * 1988-01-21 1989-07-26 Toyota Motor Corp 内燃機関用燃料噴射弁
US4958101A (en) * 1988-08-29 1990-09-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Piezoelectric actuator
JP2545639B2 (ja) * 1990-07-30 1996-10-23 富士通株式会社 積層型圧電素子
AU6719290A (en) * 1990-09-28 1992-04-28 Caterpillar Inc. Piezoelectric solid state motor stack
US5168189A (en) * 1991-09-18 1992-12-01 Caterpillar Inc. Solderless connector for a solid state motor stack
US5300852A (en) * 1991-10-04 1994-04-05 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Piezoelectric ceramic laminate device
US5470098A (en) * 1993-06-17 1995-11-28 Morton International, Inc. Sliding cushion retainer with self-locking device
US5645753A (en) 1994-05-19 1997-07-08 Kyocera Corporation Piezo-electric ceramic composition
JPH08167746A (ja) 1994-12-14 1996-06-25 Kyocera Corp 積層型圧電アクチュエータ
JP3251796B2 (ja) * 1994-12-28 2002-01-28 株式会社日本自動車部品総合研究所 セラミック圧電材料
DE19615695C1 (de) * 1996-04-19 1997-07-03 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors monolithischer Vielschichtbauweise
DE19648545B4 (de) 1996-11-25 2009-05-07 Ceramtec Ag Monolithischer Vielschichtaktor mit Außenelektroden
JPH1122993A (ja) 1997-06-27 1999-01-26 Hazama Gumi Ltd 壁面暖房器
GB9725802D0 (en) 1997-12-06 1998-02-04 Lucas Ind Plc Fuel injection
DE19802302A1 (de) * 1998-01-22 1999-07-29 Bosch Gmbh Robert Piezoelektrischer Aktor
JPH11341838A (ja) * 1998-05-20 1999-12-10 Tokin Ceramics Corp 積層型圧電アクチュエータ
JP2002054526A (ja) * 2000-05-31 2002-02-20 Denso Corp インジェクタ用圧電体素子
US6545753B2 (en) * 2001-06-27 2003-04-08 Advanced Micro Devices, Inc. Using scatterometry for etch end points for dual damascene process

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6989627B2 (en) 2003-02-12 2006-01-24 Denso Corporation Stacked piezoelectric device
US7073265B2 (en) 2003-02-12 2006-07-11 Denso Corporation Stacked piezoelectric device and method of fabricating same
JP2005159040A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Kyocera Corp 圧電素子および燃料噴射装置
JP2005191047A (ja) * 2003-12-24 2005-07-14 Kyocera Corp 積層型圧電素子および噴射装置
JP2007221094A (ja) * 2006-01-23 2007-08-30 Ngk Insulators Ltd 積層型圧電／電歪素子
WO2010001800A1 (ja) * 2008-06-30 2010-01-07 京セラ株式会社 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置および燃料噴射システム
JP5334972B2 (ja) * 2008-06-30 2013-11-06 京セラ株式会社 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置および燃料噴射システム

Also Published As

Publication number Publication date
US6888290B2 (en) 2005-05-03
DE60137818D1 (de) 2009-04-16
US6483227B2 (en) 2002-11-19
EP1160886A3 (en) 2005-09-14
US20020017832A1 (en) 2002-02-14
US20030080651A1 (en) 2003-05-01
EP1160886A2 (en) 2001-12-05
EP1160886B1 (en) 2009-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002054526A (ja) インジェクタ用圧電体素子
US7061162B2 (en) Laminated piezoelectric element
JP4987847B2 (ja) セラミック部材の製造方法
JP4987848B2 (ja) セラミック部材の製造方法
JP2006303045A (ja) 積層型圧電体素子
CN100382352C (zh) 层叠型压电部件的制造方法及层叠型压电部件
JP4934988B2 (ja) 積層型圧電体素子及び、これを用いたインジェクタ
JP2006303044A (ja) 積層型圧電体素子
JP2008010742A (ja) 積層型圧電素子
WO2005011009A1 (ja) 積層型電子部品とその製造方法及び積層型圧電素子
JP5123491B2 (ja) 積層型圧電／電歪素子
WO2006001334A1 (ja) 積層型電子部品及びこれを用いた噴射装置
US6734607B2 (en) Integrally fired, laminated electromechanical transducing element
JP4590868B2 (ja) 積層型圧電体素子及びその製造方法
JP2004266260A (ja) 積層型圧電体素子
US9130149B2 (en) Piezoelectric actuator for suppressing disconnection
JP4479271B2 (ja) 積層型圧電体素子
JP2005005680A (ja) 圧電アクチュエータ
JP4803956B2 (ja) 圧電セラミックスおよびこれを用いた積層型圧電素子並びに噴射装置
JP2009123750A (ja) 積層型圧電素子
JP2002054525A (ja) インジェクタ用圧電体素子
JP5162119B2 (ja) 積層型圧電／電歪素子
JP4207423B2 (ja) 積層一体焼成型の電気機械変換素子
JP2004319966A (ja) 圧電アクチュエータ及び圧電磁器
JP2002054527A (ja) インジェクタ用圧電体素子

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070611

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081016

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081021

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090414

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090818