JP2003224313A - 積層型圧電体素子及びその製造方法，並びにインジェクタ - Google Patents
積層型圧電体素子及びその製造方法，並びにインジェクタInfo
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Classifications
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- 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
- H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure with non-rectangular cross-section orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal, circular
-
- H—ELECTRICITY
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- H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
- H10N30/053—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
-
- H—ELECTRICITY
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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-
- 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
-
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- F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
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- F02M59/46—Valves
- F02M59/466—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means
- F02M59/468—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means using piezoelectric operating means
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温雰囲気における性能低下を抑制可能な分
割接着構造の積層型圧電体素子及びこれを圧電アクチュ
エータとして用いたインジェクタを提供すること。 【解決手段】 セラミック層１２と内部電極層２１，２
２とを交互に積層してなるユニット積層体１１を複数積
み重ねると共にユニット積層体間１１を接着剤層３によ
り接着してなるセラミック積層体１０を有する積層型圧
電体素子において，接着剤層３は，その全体の弾性率
が，少なくとも１５０〜２００℃において０．１〜１０
ＧＰａである。
割接着構造の積層型圧電体素子及びこれを圧電アクチュ
エータとして用いたインジェクタを提供すること。 【解決手段】 セラミック層１２と内部電極層２１，２
２とを交互に積層してなるユニット積層体１１を複数積
み重ねると共にユニット積層体間１１を接着剤層３によ
り接着してなるセラミック積層体１０を有する積層型圧
電体素子において，接着剤層３は，その全体の弾性率
が，少なくとも１５０〜２００℃において０．１〜１０
ＧＰａである。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は，圧電アクチュエータなどに用い
られる積層型圧電体素子，及びこれを用いて構成したイ
ンジェクタに関する。
られる積層型圧電体素子，及びこれを用いて構成したイ
ンジェクタに関する。
【０００２】
【従来技術】近年，圧電アクチュエータには，低電圧で
高い変位を得るために，厚みが薄い圧電セラミックを内
部電極層と交互に多数積層して一体焼成させたセラミッ
ク積層体が用いられている。具体的には，圧電セラミッ
クよりなるセラミック層としては，厚みが２０〜２００
μｍの薄板を用い，内部電極層と交互に積層するセラミ
ック層の枚数は１００〜７００枚程度に達している。
高い変位を得るために，厚みが薄い圧電セラミックを内
部電極層と交互に多数積層して一体焼成させたセラミッ
ク積層体が用いられている。具体的には，圧電セラミッ
クよりなるセラミック層としては，厚みが２０〜２００
μｍの薄板を用い，内部電極層と交互に積層するセラミ
ック層の枚数は１００〜７００枚程度に達している。
【０００３】かかる構造の圧電アクチュエータにおいて
は，一体焼成構造であるので，積層数の増加に伴い，作
動時に作動方向の動作を妨げる方向の内部応力が増大す
る。この作動時の内部応力が増大すると，セラミック積
層体内部にクラックが発生し，その結果として変位量な
どの製品特性の低下やショートの発生などによる製品信
頼性の低下などが生じる場合がある。
は，一体焼成構造であるので，積層数の増加に伴い，作
動時に作動方向の動作を妨げる方向の内部応力が増大す
る。この作動時の内部応力が増大すると，セラミック積
層体内部にクラックが発生し，その結果として変位量な
どの製品特性の低下やショートの発生などによる製品信
頼性の低下などが生じる場合がある。
【０００４】この対策としては，一体焼成構造ではな
く，最終積層数より少ない積層数を有するセラミック積
層体を予め焼成し，これらを接着剤層によって接着する
構造，即ち分割接着構造をとることが考えられる。
く，最終積層数より少ない積層数を有するセラミック積
層体を予め焼成し，これらを接着剤層によって接着する
構造，即ち分割接着構造をとることが考えられる。
【０００５】
【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の分
割接着構造の積層型圧電体素子においては次の問題があ
る。即ち，上記分割接着構造のセラミック積層体よりな
る圧電アクチュエータを用いて作動実験を実施すると，
従来の一体焼成型の場合よりも変位ロスが大きくなる。
この変位ロスは，例えば，上記分割接着構造の積層型圧
電体素子をインジェクタの圧電アクチュエータとして用
いた場合には，弁体の変位が十分に得られず燃料噴射が
できないという不具合につながることが予想される。
割接着構造の積層型圧電体素子においては次の問題があ
る。即ち，上記分割接着構造のセラミック積層体よりな
る圧電アクチュエータを用いて作動実験を実施すると，
従来の一体焼成型の場合よりも変位ロスが大きくなる。
この変位ロスは，例えば，上記分割接着構造の積層型圧
電体素子をインジェクタの圧電アクチュエータとして用
いた場合には，弁体の変位が十分に得られず燃料噴射が
できないという不具合につながることが予想される。
【０００６】変位ロスの原因は，上記作動実験が１２０
℃以上という高温雰囲気において行われた結果，接着剤
層の弾性率が減少したことにあると考えられる。積層型
圧電体素子をインジェクタの圧電アクチュエータとして
使用する場合には，その実使用の環境が１２０℃を超え
る高温雰囲気となる。そのため，このような高温雰囲気
においても，接着剤層が原因となる性能低下を抑制する
ことができる積層型圧電体素子の開発が望まれる。ま
た，このような高温雰囲気において優れた性能を発揮す
る積層型圧電体素子は，インジェクタ用以外の用途にお
いても適用範囲を広げることが可能となる。
℃以上という高温雰囲気において行われた結果，接着剤
層の弾性率が減少したことにあると考えられる。積層型
圧電体素子をインジェクタの圧電アクチュエータとして
使用する場合には，その実使用の環境が１２０℃を超え
る高温雰囲気となる。そのため，このような高温雰囲気
においても，接着剤層が原因となる性能低下を抑制する
ことができる積層型圧電体素子の開発が望まれる。ま
た，このような高温雰囲気において優れた性能を発揮す
る積層型圧電体素子は，インジェクタ用以外の用途にお
いても適用範囲を広げることが可能となる。
【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，高温雰囲気における性能低下を抑制可能な
分割接着構造の積層型圧電体素子及びこれを圧電アクチ
ュエータとして用いたインジェクタを提供しようとする
ものである。
れたもので，高温雰囲気における性能低下を抑制可能な
分割接着構造の積層型圧電体素子及びこれを圧電アクチ
ュエータとして用いたインジェクタを提供しようとする
ものである。
【０００８】
【課題の解決手段】第１の発明は，セラミック層と内部
電極層とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積
み重ねると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により
接着してなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素
子において，上記接着剤層は，その全体の弾性率が，少
なくとも１５０〜２００℃において０．１〜１０ＧＰａ
であることを特徴とする積層型圧電体素子にある（請求
項１）。
電極層とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積
み重ねると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により
接着してなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素
子において，上記接着剤層は，その全体の弾性率が，少
なくとも１５０〜２００℃において０．１〜１０ＧＰａ
であることを特徴とする積層型圧電体素子にある（請求
項１）。
【０００９】本発明においては，上記のごとく１５０〜
２００℃という高温の雰囲気において０．１〜１０ＧＰ
ａという高い弾性率を有する接着剤層を用いている。そ
のため，本発明におけるセラミック積層体は，ユニット
積層体を接着剤層を介して積層してなる分割接着構造を
有しているにもかかわらず，高温雰囲気下において使用
しても，上記接着剤層の剛性が十分に確保される。それ
故，上記セラミック積層体を有する積層型圧電体素子
は，高温雰囲気下において使用した場合の変位量等の特
性低下を抑制することができる。
２００℃という高温の雰囲気において０．１〜１０ＧＰ
ａという高い弾性率を有する接着剤層を用いている。そ
のため，本発明におけるセラミック積層体は，ユニット
積層体を接着剤層を介して積層してなる分割接着構造を
有しているにもかかわらず，高温雰囲気下において使用
しても，上記接着剤層の剛性が十分に確保される。それ
故，上記セラミック積層体を有する積層型圧電体素子
は，高温雰囲気下において使用した場合の変位量等の特
性低下を抑制することができる。
【００１０】第２の発明は，セラミック層と内部電極層
とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積み重ね
ると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により接着し
てなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素子にお
いて，上記接着剤層は接着剤樹脂成分よりも高い弾性率
を有する高剛性粒子を含有していることを特徴とする積
層型圧電体素子にある（請求項３）。
とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積み重ね
ると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により接着し
てなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素子にお
いて，上記接着剤層は接着剤樹脂成分よりも高い弾性率
を有する高剛性粒子を含有していることを特徴とする積
層型圧電体素子にある（請求項３）。
【００１１】本発明におけるセラミック積層体は，上記
接着剤層が上記高剛性粒子を含有している。そのため，
上記接着剤層は，比較的高温の環境に晒された場合にお
いて，接着剤樹脂成分の弾性率が低下したとしても，そ
の全体の剛性は上記高剛性粒子によって確保される。そ
のため，上記セラミック積層体を有する積層型圧電体素
子は，高温雰囲気下においても，変位量等の性能低下を
抑制することができる。
接着剤層が上記高剛性粒子を含有している。そのため，
上記接着剤層は，比較的高温の環境に晒された場合にお
いて，接着剤樹脂成分の弾性率が低下したとしても，そ
の全体の剛性は上記高剛性粒子によって確保される。そ
のため，上記セラミック積層体を有する積層型圧電体素
子は，高温雰囲気下においても，変位量等の性能低下を
抑制することができる。
【００１２】第３の発明は，セラミック層と内部電極層
とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積み重ね
ると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により接着し
てなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素子にお
いて，上記接着剤層を挟む上記セラミック層の表面の面
粗さは，Ｒｚが１．５μｍ以上であることを特徴とする
積層型圧電体素子にある（請求項８）。
とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積み重ね
ると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により接着し
てなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素子にお
いて，上記接着剤層を挟む上記セラミック層の表面の面
粗さは，Ｒｚが１．５μｍ以上であることを特徴とする
積層型圧電体素子にある（請求項８）。
【００１３】本発明におけるセラミック積層体は，上記
接着剤層を挟むセラミック層の面粗さが上記のごとくＲ
ｚ１．５μｍ以上となるように積極的に粗くしてある。
そのため，接着剤層を介して対面するセラミック層の表
面同士は，ミクロに見ると，表面粗さが小さく平滑な場
合と比べて，表面の凹凸における凸部同士が近づいて配
置された状態となっている。それ故，高温雰囲気下にお
いて上記接着剤層全体の弾性率が低下した場合には，対
面するセラミック層の凹凸の凸部同士によって剛性が維
持される。そのため，上記セラミック積層体を有する積
層型圧電体素子は，高温雰囲気下においても，変位量等
の性能低下を抑制することができる。
接着剤層を挟むセラミック層の面粗さが上記のごとくＲ
ｚ１．５μｍ以上となるように積極的に粗くしてある。
そのため，接着剤層を介して対面するセラミック層の表
面同士は，ミクロに見ると，表面粗さが小さく平滑な場
合と比べて，表面の凹凸における凸部同士が近づいて配
置された状態となっている。それ故，高温雰囲気下にお
いて上記接着剤層全体の弾性率が低下した場合には，対
面するセラミック層の凹凸の凸部同士によって剛性が維
持される。そのため，上記セラミック積層体を有する積
層型圧電体素子は，高温雰囲気下においても，変位量等
の性能低下を抑制することができる。
【００１４】第４の発明は，セラミック層と内部電極層
とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積み重ね
ると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により接着し
てなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素子にお
いて，上記ユニット積層体は，上記内部電極層が上記ユ
ニット積層体の側表面に露出していない控え部を有して
おり，上記接着剤層は，少なくとも上記ユニット積層体
の側表面に露出しておらず，かつ，上記ユニット積層体
の積層方向に透視した場合にすべての内部電極層が存在
する領域に対応する範囲内に配設されていることを特徴
とする積層型圧電体素子体にある（請求項１０）。
とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積み重ね
ると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により接着し
てなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素子にお
いて，上記ユニット積層体は，上記内部電極層が上記ユ
ニット積層体の側表面に露出していない控え部を有して
おり，上記接着剤層は，少なくとも上記ユニット積層体
の側表面に露出しておらず，かつ，上記ユニット積層体
の積層方向に透視した場合にすべての内部電極層が存在
する領域に対応する範囲内に配設されていることを特徴
とする積層型圧電体素子体にある（請求項１０）。
【００１５】上記セラミック積層体の内部電極層に対し
て電圧を印可した場合には，上記セラミック層のうち内
部電極層に挟まれた部分のみが変位しようとし，上記内
部電極層がユニット積層体の側表面に露出せずに内部に
とどまっている上記控え部は変位しようとしない。その
ため，控え部を積層した部分は，変位に抵抗する内部応
力を発生させる。
て電圧を印可した場合には，上記セラミック層のうち内
部電極層に挟まれた部分のみが変位しようとし，上記内
部電極層がユニット積層体の側表面に露出せずに内部に
とどまっている上記控え部は変位しようとしない。その
ため，控え部を積層した部分は，変位に抵抗する内部応
力を発生させる。
【００１６】ここで本発明のセラミック積層体において
は，上記接着剤層が，上記のごとく，上記ユニット積層
体の積層方向に透視した場合にすべての内部電極層が存
在する領域に対応する範囲内に限って配設されている。
即ち，上記控え部に対応する部分には接着剤層を設け
ず，ユニット積層体の控え部同士を接合しない。そのた
め，上記セラミック積層体を変位させた場合に，その変
位を妨げるような応力が各ユニット積層体の控え部にお
いて発生したとしても，上記接着剤層の部分で分断され
て各ユニット積層体内だけに収まり，セラミック積層体
全体において一体的に発生することはない。そのため，
セラミック積層体全体において発生する内部応力を一体
焼成品の場合よりも小さくすることができる。このよう
な作用効果は，使用環境が低温である場合は勿論，高温
において同様に発揮される。それ故，上記セラミック積
層体を有する積層型圧電体素子は，高温雰囲気下におい
ても，変位量等の性能低下を抑制することができる。
は，上記接着剤層が，上記のごとく，上記ユニット積層
体の積層方向に透視した場合にすべての内部電極層が存
在する領域に対応する範囲内に限って配設されている。
即ち，上記控え部に対応する部分には接着剤層を設け
ず，ユニット積層体の控え部同士を接合しない。そのた
め，上記セラミック積層体を変位させた場合に，その変
位を妨げるような応力が各ユニット積層体の控え部にお
いて発生したとしても，上記接着剤層の部分で分断され
て各ユニット積層体内だけに収まり，セラミック積層体
全体において一体的に発生することはない。そのため，
セラミック積層体全体において発生する内部応力を一体
焼成品の場合よりも小さくすることができる。このよう
な作用効果は，使用環境が低温である場合は勿論，高温
において同様に発揮される。それ故，上記セラミック積
層体を有する積層型圧電体素子は，高温雰囲気下におい
ても，変位量等の性能低下を抑制することができる。
【００１７】第５の発明は，セラミック層と内部電極層
とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積み重ね
ると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により接着し
てなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素子にお
いて，上記接着剤層を挟む上記セラミック層の表面同士
が互いに直接接触している接触部と，直接接触していな
い非接触部とが存在しており，かつ，上記非接触部の少
なくとも一部における上記セラミック層の表面同士の間
に上記接着剤層が充填されていることを特徴とする積層
型圧電体素子にある（請求項１１）。
とを交互に積層してなるユニット積層体を複数積み重ね
ると共に上記ユニット積層体間を接着剤層により接着し
てなるセラミック積層体を有する積層型圧電体素子にお
いて，上記接着剤層を挟む上記セラミック層の表面同士
が互いに直接接触している接触部と，直接接触していな
い非接触部とが存在しており，かつ，上記非接触部の少
なくとも一部における上記セラミック層の表面同士の間
に上記接着剤層が充填されていることを特徴とする積層
型圧電体素子にある（請求項１１）。
【００１８】本発明の積層型圧電体素子は，上記接触部
と非接触部とを有し，上記非接触部に存在する上記接着
剤層によって複数のユニット積層体が接合されている。
そして，上記接触部の存在によって，接着剤層の存在に
かかわらず，変位ロスを低減することができ，高温雰囲
気下における性能低下を抑制することができる。
と非接触部とを有し，上記非接触部に存在する上記接着
剤層によって複数のユニット積層体が接合されている。
そして，上記接触部の存在によって，接着剤層の存在に
かかわらず，変位ロスを低減することができ，高温雰囲
気下における性能低下を抑制することができる。
【００１９】第６の発明は，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，第１〜第５の発明のいずれかの積層型圧電体素
子よりなることを特徴とするインジェクタにある（請求
項１３）。
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，第１〜第５の発明のいずれかの積層型圧電体素
子よりなることを特徴とするインジェクタにある（請求
項１３）。
【００２０】本発明のインジェクタは，上記第１〜第５
の発明にかかる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，高温雰囲気下においても，変位量等の性能低
下が抑制される。そのため，高温雰囲気下という過酷な
状態で使用されるインジェクタにおいても，その性能を
十分に維持することができる。さらに，上記分割接着構
造特有の作用効果，即ち，全体を一体焼成した構造の場
合よりも作動時のクラックの発生を抑制することがで
き，耐久性をも向上させることができる。そのため，イ
ンジェクタ全体の性能向上及び信頼性向上を図ることが
できる。
の発明にかかる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，高温雰囲気下においても，変位量等の性能低
下が抑制される。そのため，高温雰囲気下という過酷な
状態で使用されるインジェクタにおいても，その性能を
十分に維持することができる。さらに，上記分割接着構
造特有の作用効果，即ち，全体を一体焼成した構造の場
合よりも作動時のクラックの発生を抑制することがで
き，耐久性をも向上させることができる。そのため，イ
ンジェクタ全体の性能向上及び信頼性向上を図ることが
できる。
【００２１】第７の発明は，セラミック層と内部電極層
とを交互に積層してなるユニット積層体を作製するユニ
ット積層体作製工程と，接着剤を介して複数の上記ユニ
ット積層体を積層した後，温度１５０〜３００℃に加熱
すると共に積層方向に０．５〜６０ＭＰａの加圧力で加
圧しながら上記接着剤を硬化させて接着剤層を形成する
硬化工程とを含むことを特徴とする積層型圧電体素子の
製造方法にある（請求項１４）。
とを交互に積層してなるユニット積層体を作製するユニ
ット積層体作製工程と，接着剤を介して複数の上記ユニ
ット積層体を積層した後，温度１５０〜３００℃に加熱
すると共に積層方向に０．５〜６０ＭＰａの加圧力で加
圧しながら上記接着剤を硬化させて接着剤層を形成する
硬化工程とを含むことを特徴とする積層型圧電体素子の
製造方法にある（請求項１４）。
【００２２】本発明の製造方法においては，上記硬化工
程において，上記特定の温度範囲における加熱と，上記
特定の圧力範囲における加圧を行いながら上記接着剤の
硬化を行う。これにより，上記加熱によって上記接着剤
の粘度を低下させた状態で加圧することにより，接着剤
層の厚みを薄くすることができ，変位ロスを低減可能な
積層型圧電体素子を得ることができる。
程において，上記特定の温度範囲における加熱と，上記
特定の圧力範囲における加圧を行いながら上記接着剤の
硬化を行う。これにより，上記加熱によって上記接着剤
の粘度を低下させた状態で加圧することにより，接着剤
層の厚みを薄くすることができ，変位ロスを低減可能な
積層型圧電体素子を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】第１の発明においては，上記のご
とく，上記接着剤層の全体の弾性率が，１５０〜２００
℃において０．１〜１０ＧＰａである。この温度範囲に
おける接着剤層の弾性率が０．１ＧＰａ未満の場合に
は，上記温度範囲において上記積層型圧電体素子を使用
した場合に，接着剤層部分の剛性が低下して優れた特性
を発揮しないという問題がある。一方，上記温度範囲に
おける接着剤層の弾性率が１０ＧＰａを超える場合に
は，応力緩和ができないという問題がある。
とく，上記接着剤層の全体の弾性率が，１５０〜２００
℃において０．１〜１０ＧＰａである。この温度範囲に
おける接着剤層の弾性率が０．１ＧＰａ未満の場合に
は，上記温度範囲において上記積層型圧電体素子を使用
した場合に，接着剤層部分の剛性が低下して優れた特性
を発揮しないという問題がある。一方，上記温度範囲に
おける接着剤層の弾性率が１０ＧＰａを超える場合に
は，応力緩和ができないという問題がある。
【００２４】また，上記接着剤層の弾性率の好ましい範
囲は，０．３ＧＰａ〜３ＧＰａである。上記接着剤層の
弾性率が０．３ＧＰａ以下の場合には，作動時における
変位ロスの抑制効果が低く，一方，３ＧＰａを超える
と，接着層から上記ユニット積層体に付与される熱応力
が大きくなって，ユニット積層体にクラックが生じやす
くなるおそれがある。
囲は，０．３ＧＰａ〜３ＧＰａである。上記接着剤層の
弾性率が０．３ＧＰａ以下の場合には，作動時における
変位ロスの抑制効果が低く，一方，３ＧＰａを超える
と，接着層から上記ユニット積層体に付与される熱応力
が大きくなって，ユニット積層体にクラックが生じやす
くなるおそれがある。
【００２５】また，第１の発明においては，上記接着剤
層は，接着剤樹脂成分よりも高い弾性率を有する高剛性
粒子を含有していることが好ましい（請求項２）。この
場合には，上記高剛性粒子の存在において，１５０〜２
００℃における接着剤層全体の弾性率を従来よりも大幅
に向上させることができる。
層は，接着剤樹脂成分よりも高い弾性率を有する高剛性
粒子を含有していることが好ましい（請求項２）。この
場合には，上記高剛性粒子の存在において，１５０〜２
００℃における接着剤層全体の弾性率を従来よりも大幅
に向上させることができる。
【００２６】また，第１又は第２の発明において，上記
高剛性粒子の弾性率は，上記接着剤樹脂成分の弾性率よ
りも２〜１０倍大きいことが好ましい（請求項４）。上
記高剛性粒子の弾性率が上記接着剤樹脂成分の弾性率よ
りも２倍未満の場合には，高剛性粒子の存在による剛性
向上効果が少ないという問題がある。一方，上記倍率が
１０倍を超える場合には，応力緩和ができないという問
題がある。
高剛性粒子の弾性率は，上記接着剤樹脂成分の弾性率よ
りも２〜１０倍大きいことが好ましい（請求項４）。上
記高剛性粒子の弾性率が上記接着剤樹脂成分の弾性率よ
りも２倍未満の場合には，高剛性粒子の存在による剛性
向上効果が少ないという問題がある。一方，上記倍率が
１０倍を超える場合には，応力緩和ができないという問
題がある。
【００２７】また，上記高剛性粒子の粒径は，１．５μ
ｍ〜２０μｍであることが好ましい。１．５μｍ未満の
場合には，高剛性粒子の存在による接着剤層の弾性率向
上効果が少ないという問題がある。一方，２０μｍを超
える場合には，接着剤層全体の厚みが大きくなりすぎ，
セラミック積層体全体の長さに対する，接着層の割合が
多くなって，例えば同じ変位をする場合にセラミック積
層体が長くなってしまうという問題がある。
ｍ〜２０μｍであることが好ましい。１．５μｍ未満の
場合には，高剛性粒子の存在による接着剤層の弾性率向
上効果が少ないという問題がある。一方，２０μｍを超
える場合には，接着剤層全体の厚みが大きくなりすぎ，
セラミック積層体全体の長さに対する，接着層の割合が
多くなって，例えば同じ変位をする場合にセラミック積
層体が長くなってしまうという問題がある。
【００２８】また，上記接着剤層は，３個以上の上記高
剛性粒子を含有していることが好ましい（請求項５）。
これにより，接着剤層を挟むセラミック層の間の少なく
とも３点以上を上記高剛性粒子が支える状態が得られ
る。それ故，上記接着剤層の弾性率を上記高剛性粒子に
よってより安定的に維持することができる。特に上記３
個以上の高剛性粒子は，直線上ではなく，各粒子が平面
上の任意の一点に分散しているように配置されることが
最も効果的である。
剛性粒子を含有していることが好ましい（請求項５）。
これにより，接着剤層を挟むセラミック層の間の少なく
とも３点以上を上記高剛性粒子が支える状態が得られ
る。それ故，上記接着剤層の弾性率を上記高剛性粒子に
よってより安定的に維持することができる。特に上記３
個以上の高剛性粒子は，直線上ではなく，各粒子が平面
上の任意の一点に分散しているように配置されることが
最も効果的である。
【００２９】また，上記接着剤層は，１０〜８０重量％
の上記高剛性粒子を含有していることが好ましい（請求
項６）。上記高剛性粒子の含有量が１０重量％未満の場
合には，接着剤層の弾性率を向上させる効果が少ない。
そのため，より好ましくは，２０重量％以上がよい。一
方，８０重量％を超えると接着剤層の母材強度が低下す
るという問題がある。そのため，より好ましくは５０重
量％以下がよい。
の上記高剛性粒子を含有していることが好ましい（請求
項６）。上記高剛性粒子の含有量が１０重量％未満の場
合には，接着剤層の弾性率を向上させる効果が少ない。
そのため，より好ましくは，２０重量％以上がよい。一
方，８０重量％を超えると接着剤層の母材強度が低下す
るという問題がある。そのため，より好ましくは５０重
量％以下がよい。
【００３０】また，上記高剛性粒子は，アルミナ，シリ
カ，炭酸カルシウムのいずれか１種以上よりなることが
好ましい（請求項７）。これらの材質よりなる粒子は，
高温においても優れた弾性率を有し，上記高剛性粒子と
して非常に適している。なお，これらと同様の特性を有
する他の無機材料を採用することも勿論可能である。
カ，炭酸カルシウムのいずれか１種以上よりなることが
好ましい（請求項７）。これらの材質よりなる粒子は，
高温においても優れた弾性率を有し，上記高剛性粒子と
して非常に適している。なお，これらと同様の特性を有
する他の無機材料を採用することも勿論可能である。
【００３１】次に，上記第３の発明においては，上記の
ごとく，上記接着剤層を挟む上記セラミック層の表面の
面粗さＲｚを１．５μｍ以上とする。ここで，上記の面
粗さＲｚは，ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定さ
れている十点平均粗さＲｚを意味する。即ち，上記面粗
さＲｚは，上記ＪＩＳ規格に準ずる接触式の表面粗さ計
（例えば東京精密社製surfcom550AD，接触子仕様No0102
501先端Ｒ５μｍ，９０°円錐）を用いて粗さ曲線を求
め，その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り，この抜
き取り部分の平均線と直交する方向に測定した，最も高
い山頂から５番目の山頂までの標高の絶対値の平均値
と，最も低い谷底から５番目までの谷底の標高の絶対値
と平均値との和を求め，この値をマイクロメートル（μ
ｍ）で表したものをいう。なお，上記面粗さＲｚの測定
位置は，例えば，上記接着剤層を挟むセラミック層のほ
ぼ中央部分５ｍｍ程とすることができる。
ごとく，上記接着剤層を挟む上記セラミック層の表面の
面粗さＲｚを１．５μｍ以上とする。ここで，上記の面
粗さＲｚは，ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定さ
れている十点平均粗さＲｚを意味する。即ち，上記面粗
さＲｚは，上記ＪＩＳ規格に準ずる接触式の表面粗さ計
（例えば東京精密社製surfcom550AD，接触子仕様No0102
501先端Ｒ５μｍ，９０°円錐）を用いて粗さ曲線を求
め，その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り，この抜
き取り部分の平均線と直交する方向に測定した，最も高
い山頂から５番目の山頂までの標高の絶対値の平均値
と，最も低い谷底から５番目までの谷底の標高の絶対値
と平均値との和を求め，この値をマイクロメートル（μ
ｍ）で表したものをいう。なお，上記面粗さＲｚの測定
位置は，例えば，上記接着剤層を挟むセラミック層のほ
ぼ中央部分５ｍｍ程とすることができる。
【００３２】また，上記第３の発明においては，上記接
着剤層は，電気抵抗が１０9Ω・ｃｍ以上であることが
好ましい（請求項９）。上記接着剤層の電気抵抗が１０
9Ω・ｃｍ未満場合には，積層型圧電体素子の側面に配
設される電極間が上記接着剤層を介して導通してしまう
おそれがある。そのため，上記接着剤層の電気抵抗は，
より好ましくは１０12Ω・ｃｍ以上がよい。
着剤層は，電気抵抗が１０9Ω・ｃｍ以上であることが
好ましい（請求項９）。上記接着剤層の電気抵抗が１０
9Ω・ｃｍ未満場合には，積層型圧電体素子の側面に配
設される電極間が上記接着剤層を介して導通してしまう
おそれがある。そのため，上記接着剤層の電気抵抗は，
より好ましくは１０12Ω・ｃｍ以上がよい。
【００３３】また，上述した積層型圧電体素子は，イン
ジェクタの駆動源として用いられるインジェクタ用圧電
アクチュエータとして用いることができる（請求項１
２）。即ち，インジェクタは高温雰囲気下という過酷な
状態で使用される。かかるインジェクタにおいても，上
記優れた積層型圧電体素子を圧電アクチュエータとして
用いることによって，優れた性能を維持することができ
る。そして，インジェクタ全体の性能向上及び信頼性向
上を図ることができる。
ジェクタの駆動源として用いられるインジェクタ用圧電
アクチュエータとして用いることができる（請求項１
２）。即ち，インジェクタは高温雰囲気下という過酷な
状態で使用される。かかるインジェクタにおいても，上
記優れた積層型圧電体素子を圧電アクチュエータとして
用いることによって，優れた性能を維持することができ
る。そして，インジェクタ全体の性能向上及び信頼性向
上を図ることができる。
【００３４】また，上記第１〜第６の発明において，上
記セラミック層としては，例えばＰＺＴ（ジルコン酸チ
タン酸鉛）等の圧電セラミックスを採用することができ
る。また，上記接着剤層の接着剤樹脂成分としては，セ
ラミック層と接着性のよいウレタン樹脂，シリコーン樹
脂，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等を採用することが
できる。これらの中でも特に室温の弾性率が１ＧＰａ以
上であるエポキシ樹脂，ポリイミド樹脂が好ましい。
記セラミック層としては，例えばＰＺＴ（ジルコン酸チ
タン酸鉛）等の圧電セラミックスを採用することができ
る。また，上記接着剤層の接着剤樹脂成分としては，セ
ラミック層と接着性のよいウレタン樹脂，シリコーン樹
脂，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等を採用することが
できる。これらの中でも特に室温の弾性率が１ＧＰａ以
上であるエポキシ樹脂，ポリイミド樹脂が好ましい。
【００３５】次に，上記第７の発明においては，上記硬
化工程における加熱温度を，上記のごとく１５０〜３０
０℃の範囲とする。加熱温度を１５０℃以上とするの
は，積層型圧電体素子の使用環境温度が１２０℃以上で
あることに対応して，余裕を持って使用環境温度以上の
温度とするためである。そして，１５０℃以上とするこ
とによって，接着剤の架橋密度が向上し，耐熱老化特性
が向上する。更に，製品使用環境での接着剤低分子成分
の分解によるガスの発生を抑制することができる。１５
０℃未満の場合にはこのような効果が薄れてしまう。一
方，加熱温度を３００℃を超える温度とすると，接着剤
のメインポリマーである高分子成分の主骨格が熱分解し
てしまう。そのため，より好ましくは２５０℃以下がよ
い。
化工程における加熱温度を，上記のごとく１５０〜３０
０℃の範囲とする。加熱温度を１５０℃以上とするの
は，積層型圧電体素子の使用環境温度が１２０℃以上で
あることに対応して，余裕を持って使用環境温度以上の
温度とするためである。そして，１５０℃以上とするこ
とによって，接着剤の架橋密度が向上し，耐熱老化特性
が向上する。更に，製品使用環境での接着剤低分子成分
の分解によるガスの発生を抑制することができる。１５
０℃未満の場合にはこのような効果が薄れてしまう。一
方，加熱温度を３００℃を超える温度とすると，接着剤
のメインポリマーである高分子成分の主骨格が熱分解し
てしまう。そのため，より好ましくは２５０℃以下がよ
い。
【００３６】また，上記硬化工程における加圧力は０．
５〜６０ＭＰａとする。０．５ＭＰａ未満の加圧力の場
合には，接着剤の表面張力により接着剤層が厚くなって
しまう。したがって，表面張力を上回る加圧力が必要で
ある。また，そのため，より好ましくは加圧力を１ＭＰ
ａ以上とするのがよい。一方，加圧力が６０ＭＰａを超
える場合には，偏荷重によってユニット積層体に割れが
生じたり，表面にマイクロクラックが発生したりするお
それがある。そのため，より好ましくは１０ＭＰａ以下
がよい。
５〜６０ＭＰａとする。０．５ＭＰａ未満の加圧力の場
合には，接着剤の表面張力により接着剤層が厚くなって
しまう。したがって，表面張力を上回る加圧力が必要で
ある。また，そのため，より好ましくは加圧力を１ＭＰ
ａ以上とするのがよい。一方，加圧力が６０ＭＰａを超
える場合には，偏荷重によってユニット積層体に割れが
生じたり，表面にマイクロクラックが発生したりするお
それがある。そのため，より好ましくは１０ＭＰａ以下
がよい。
【００３７】
【実施例】（実施例１）本発明の積層型圧電体素子にか
かる実施例につき，図１〜図４を用いて説明する。本例
の積層型圧電体素子１は，図１に示すごとく，セラミッ
ク層１２と内部電極層２１，２２とを交互に積層してな
るユニット積層体１１を複数積み重ねると共に上記ユニ
ット積層体１１間を接着剤層３により接着してなるセラ
ミック積層体１０を有する。上記接着剤層３は接着剤樹
脂成分３０よりも高い弾性率を有する高剛性粒子３５を
含有している。以下，これを詳説する。
かる実施例につき，図１〜図４を用いて説明する。本例
の積層型圧電体素子１は，図１に示すごとく，セラミッ
ク層１２と内部電極層２１，２２とを交互に積層してな
るユニット積層体１１を複数積み重ねると共に上記ユニ
ット積層体１１間を接着剤層３により接着してなるセラ
ミック積層体１０を有する。上記接着剤層３は接着剤樹
脂成分３０よりも高い弾性率を有する高剛性粒子３５を
含有している。以下，これを詳説する。
【００３８】上記ユニット積層体１１は，図３に示すご
とく，セラミック層１２の層間に内部電極層２１，２２
を交互に正負となるように形成してなる。本例では，セ
ラミック層１２を５０枚積層して１つのユニット積層体
１１を構成した。そして，本例の積層型圧電体素子１
は，このユニット積層体１１を１０個積み重ねると共に
接着層３（図４）により接着してなる分割接着構造の積
層型圧電体素子である。
とく，セラミック層１２の層間に内部電極層２１，２２
を交互に正負となるように形成してなる。本例では，セ
ラミック層１２を５０枚積層して１つのユニット積層体
１１を構成した。そして，本例の積層型圧電体素子１
は，このユニット積層体１１を１０個積み重ねると共に
接着層３（図４）により接着してなる分割接着構造の積
層型圧電体素子である。
【００３９】上記ユニット積層体１１を作製する（ユニ
ット積層体作製工程）に当たっては，セラミック層とな
りうる広幅のグリーンシート上に，上記内部電極層２
１，２２を配設し，その後，打ち抜き及び積層を行う。
そして，５０枚のセラミック層１２を積み重ねる。この
とき，積層方向の両端面にはセラミック層１２の全面が
露出するようにする。そして，５０枚の積層体を熱圧着
した後焼成することにより上記ユニット積層体１１が得
られる。なお，上記打ち抜き，積層，圧着等の方法，順
序等は種々変更することができる。
ット積層体作製工程）に当たっては，セラミック層とな
りうる広幅のグリーンシート上に，上記内部電極層２
１，２２を配設し，その後，打ち抜き及び積層を行う。
そして，５０枚のセラミック層１２を積み重ねる。この
とき，積層方向の両端面にはセラミック層１２の全面が
露出するようにする。そして，５０枚の積層体を熱圧着
した後焼成することにより上記ユニット積層体１１が得
られる。なお，上記打ち抜き，積層，圧着等の方法，順
序等は種々変更することができる。
【００４０】また，上記セラミック層１２は，その組成
が最終的にＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）系の圧電セ
ラミックスとなるように調整したものを用いた。なお，
その他の材質の圧電セラミックスを採用することも可能
である。また，内部電極層２１，２２としては，銀およ
びパラジウムのペーストを，セラミック層用の上記グリ
ーンシートの表面にスクリーン印刷することにより配設
することができる。なお，内部電極層２１，２２の材質
としては，他の導電性材料，例えば，銅，ニッケル，白
金，銀等，あるいは，これらの混合物を用いてもよい。
が最終的にＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）系の圧電セ
ラミックスとなるように調整したものを用いた。なお，
その他の材質の圧電セラミックスを採用することも可能
である。また，内部電極層２１，２２としては，銀およ
びパラジウムのペーストを，セラミック層用の上記グリ
ーンシートの表面にスクリーン印刷することにより配設
することができる。なお，内部電極層２１，２２の材質
としては，他の導電性材料，例えば，銅，ニッケル，白
金，銀等，あるいは，これらの混合物を用いてもよい。
【００４１】また，図３に示すごとく，内部電極層２
１，２２は，それぞれ隣接するセラミック層１２の大半
を覆う一方，セラミック層１２の一部には内部電極層に
覆われていない控え部１９を残してある。そして，積層
状態において，この控え部１９が左右交互に位置するよ
うに配置した。
１，２２は，それぞれ隣接するセラミック層１２の大半
を覆う一方，セラミック層１２の一部には内部電極層に
覆われていない控え部１９を残してある。そして，積層
状態において，この控え部１９が左右交互に位置するよ
うに配置した。
【００４２】次に，図１に示すごとく，上記のごとく作
製したユニット積層体１１を１０個準備し，これを接着
剤層３により接合する。なお，各ユニット積層体１１の
側面１０１，１０２には，それぞれ内部電極層２１，２
２に導通するようにＡｇペーストを焼き付けて側面電極
３１を予め形成しておく。
製したユニット積層体１１を１０個準備し，これを接着
剤層３により接合する。なお，各ユニット積層体１１の
側面１０１，１０２には，それぞれ内部電極層２１，２
２に導通するようにＡｇペーストを焼き付けて側面電極
３１を予め形成しておく。
【００４３】本例では，接着剤層３用の接着剤として，
図４に示すごとく，エポキシ樹脂よりなる接着剤樹脂成
分３０に，粒径が５〜１２μｍのアルミナ粒子を上記高
剛性粒子３５として含有させたものを用いた。この接着
剤層３は，硬化後において，その全体の弾性率が，１５
０〜２００℃の高温雰囲気において０．１〜１０ＧＰａ
の範囲となるように構成したものである。
図４に示すごとく，エポキシ樹脂よりなる接着剤樹脂成
分３０に，粒径が５〜１２μｍのアルミナ粒子を上記高
剛性粒子３５として含有させたものを用いた。この接着
剤層３は，硬化後において，その全体の弾性率が，１５
０〜２００℃の高温雰囲気において０．１〜１０ＧＰａ
の範囲となるように構成したものである。
【００４４】そして，図１に示すごとく，この接着剤層
３用の接着剤を上記ユニット積層体１１間に配置して，
接着剤を硬化させる工程（硬化工程）を行うことによ
り，合計５００枚のセラミック層１１を積層してなるセ
ラミック積層体１０を作製する。具体的な作業は，上記
ユニット積層体１１間に接着剤層３を介在させて積み重
ねたものを，全体的に側面を拘束する型に入れる。その
後積層方向から３ＭＰａの圧力をかけて圧着させて，温
度１８０℃に１時間保持して上記接着剤層３を硬化させ
る。なお，硬化時の昇温プロファイルとしては，多段ス
テップとした方が好ましい。これにより，接着剤層３内
にボイドが発生することを防止できる。
３用の接着剤を上記ユニット積層体１１間に配置して，
接着剤を硬化させる工程（硬化工程）を行うことによ
り，合計５００枚のセラミック層１１を積層してなるセ
ラミック積層体１０を作製する。具体的な作業は，上記
ユニット積層体１１間に接着剤層３を介在させて積み重
ねたものを，全体的に側面を拘束する型に入れる。その
後積層方向から３ＭＰａの圧力をかけて圧着させて，温
度１８０℃に１時間保持して上記接着剤層３を硬化させ
る。なお，硬化時の昇温プロファイルとしては，多段ス
テップとした方が好ましい。これにより，接着剤層３内
にボイドが発生することを防止できる。
【００４５】そして，側面電極３１上には，図２に示す
ごとく，ＳＵＳよりなる外部電極３３を導電性接着剤
（エポキシ樹脂＋Ａｇ７０ｗｔ％）を用いて接合する。
これにより，本例の積層型圧電体素子１が完成した。
ごとく，ＳＵＳよりなる外部電極３３を導電性接着剤
（エポキシ樹脂＋Ａｇ７０ｗｔ％）を用いて接合する。
これにより，本例の積層型圧電体素子１が完成した。
【００４６】次に，本例の作用効果につき説明する。本
例においては，上記セラミック積層体１０を分割接着構
造としてあると共に，その接着剤層３に上記高剛性粒子
３５を含有させた。そして，その特性を１５０〜２００
℃という高温の雰囲気において０．１〜１０ＧＰａとい
う高い弾性率を有する状態にした。
例においては，上記セラミック積層体１０を分割接着構
造としてあると共に，その接着剤層３に上記高剛性粒子
３５を含有させた。そして，その特性を１５０〜２００
℃という高温の雰囲気において０．１〜１０ＧＰａとい
う高い弾性率を有する状態にした。
【００４７】そのため，上記セラミック積層体１０は，
ユニット積層体１１を接着剤層３を介して積層してなる
分割接着構造を有しているにもかかわらず，高温雰囲気
下において使用しても，上記接着剤層３の剛性が十分に
確保される。即ち，接着剤層３が高温に晒されて上記接
着剤樹脂成分３０の弾性率が低下したとしても，その全
体の剛性，すなわち全体の弾性率は上記高剛性粒子３５
によって確保される。そのため，上記セラミック積層体
１０を有する積層型圧電体素子１は，高温雰囲気下にお
いても，変位量等の性能低下を抑制することができ，分
割接着構造の欠点を克服することができる。そして，本
来の分割接着構造による効果，即ち作動時におけるクラ
ックの発生防止効果が得られる結果，本例の積層型圧電
体素子１は，優れた特性と優れた信頼性を有するものと
なる。
ユニット積層体１１を接着剤層３を介して積層してなる
分割接着構造を有しているにもかかわらず，高温雰囲気
下において使用しても，上記接着剤層３の剛性が十分に
確保される。即ち，接着剤層３が高温に晒されて上記接
着剤樹脂成分３０の弾性率が低下したとしても，その全
体の剛性，すなわち全体の弾性率は上記高剛性粒子３５
によって確保される。そのため，上記セラミック積層体
１０を有する積層型圧電体素子１は，高温雰囲気下にお
いても，変位量等の性能低下を抑制することができ，分
割接着構造の欠点を克服することができる。そして，本
来の分割接着構造による効果，即ち作動時におけるクラ
ックの発生防止効果が得られる結果，本例の積層型圧電
体素子１は，優れた特性と優れた信頼性を有するものと
なる。
【００４８】（実施例２）本例では，実施例１における
接着剤層３に含有させた高剛性粒子３５の含有量を変化
させ，その含有量の変化に伴う接着剤層全体の弾性率の
変化を測定した。具体的には，高剛性粒子３５の含有量
が，０，２０，５０，７０％の４種類の接着剤（試料１
〜４）を準備し，これを硬化させて接着剤層を形成し，
その弾性率を温度を変化させながら測定した。
接着剤層３に含有させた高剛性粒子３５の含有量を変化
させ，その含有量の変化に伴う接着剤層全体の弾性率の
変化を測定した。具体的には，高剛性粒子３５の含有量
が，０，２０，５０，７０％の４種類の接着剤（試料１
〜４）を準備し，これを硬化させて接着剤層を形成し，
その弾性率を温度を変化させながら測定した。
【００４９】測定結果を図５に示す。同図は，横軸に温
度（℃）を，縦軸に弾性率（ＧＰａ）をとったものであ
る。そして高剛性粒子の含有量が０のもの（試料１）を
符号Ｓ１，２０％のもの（試料２）を符号Ｓ２，５０％
のもの（試料３）を符号Ｓ３，７０％のもの（試料４）
を符号Ｓ４として示した。同図より知られるごとく，ア
ルミナ粒子よりなる高剛性粒子を一切含まない試料１
は，温度が１００℃を超えてから急激に弾性率が低下
し，１５０℃を超えてから０．０１以下にまで低下し
た。
度（℃）を，縦軸に弾性率（ＧＰａ）をとったものであ
る。そして高剛性粒子の含有量が０のもの（試料１）を
符号Ｓ１，２０％のもの（試料２）を符号Ｓ２，５０％
のもの（試料３）を符号Ｓ３，７０％のもの（試料４）
を符号Ｓ４として示した。同図より知られるごとく，ア
ルミナ粒子よりなる高剛性粒子を一切含まない試料１
は，温度が１００℃を超えてから急激に弾性率が低下
し，１５０℃を超えてから０．０１以下にまで低下し
た。
【００５０】これに対し，高剛性粒子を含有している試
料２〜４は，いずれも１００℃を超えて徐々に弾性率が
低下するものの，１５０〜２００℃の範囲においても
０．１〜１０ＧＰａの範囲を十分に確保することができ
た。このことから，高剛性粒子の添加が，上記接着剤層
の弾性率向上に非常に有効であり，上記セラミック積層
体１０を有する積層型圧電体素子１の性能及び信頼性向
上に寄与することができることが明らかになった。
料２〜４は，いずれも１００℃を超えて徐々に弾性率が
低下するものの，１５０〜２００℃の範囲においても
０．１〜１０ＧＰａの範囲を十分に確保することができ
た。このことから，高剛性粒子の添加が，上記接着剤層
の弾性率向上に非常に有効であり，上記セラミック積層
体１０を有する積層型圧電体素子１の性能及び信頼性向
上に寄与することができることが明らかになった。
【００５１】なお，変位ロスをＬ，接着剤層の厚みを
ｔ，接着剤層の弾性率をＥ，作動時にに生ずる応力をσ
とした場合には，Ｌ＝ｔ・σ／Ｅの関係が成り立つこと
が分かっている。この関係式からも，上記のごとく接着
剤層の弾性率Ｅを向上させることによって，変位ロスＬ
を低減させることができることが分かる。
ｔ，接着剤層の弾性率をＥ，作動時にに生ずる応力をσ
とした場合には，Ｌ＝ｔ・σ／Ｅの関係が成り立つこと
が分かっている。この関係式からも，上記のごとく接着
剤層の弾性率Ｅを向上させることによって，変位ロスＬ
を低減させることができることが分かる。
【００５２】（実施例３）本例は，図６に示すごとく，
実施例１における接着剤層３の高剛性粒子３５の粒径を
約３μｍと大きくし，１つの接着剤層３内にその高剛性
粒子３５が少なくとも３個以上存在するようにした例で
ある。この場合には，高温時において接着剤層３の接着
剤樹脂成分３０の弾性率が低下しても，上記高剛性粒子
３５が，杭のような役割を果たし，接着剤層３の弾性率
をさらに向上させることができる。
実施例１における接着剤層３の高剛性粒子３５の粒径を
約３μｍと大きくし，１つの接着剤層３内にその高剛性
粒子３５が少なくとも３個以上存在するようにした例で
ある。この場合には，高温時において接着剤層３の接着
剤樹脂成分３０の弾性率が低下しても，上記高剛性粒子
３５が，杭のような役割を果たし，接着剤層３の弾性率
をさらに向上させることができる。
【００５３】なお，上記高剛性粒子３５の大きさを大き
くしすぎると，セラミック積層体全体の長さに対する接
着層の割合が多くなって，例えば同じ変位とする場合
に，セラミック積層体を長くしなければならない。その
ため，高剛性粒子３５の大きさは２０μｍ以下とするこ
とが好ましい。また，高剛性粒子３５の大きさが小さす
ぎると，弾性率向上効果が少なくなるので，１．５μｍ
以上とすることが好ましい。
くしすぎると，セラミック積層体全体の長さに対する接
着層の割合が多くなって，例えば同じ変位とする場合
に，セラミック積層体を長くしなければならない。その
ため，高剛性粒子３５の大きさは２０μｍ以下とするこ
とが好ましい。また，高剛性粒子３５の大きさが小さす
ぎると，弾性率向上効果が少なくなるので，１．５μｍ
以上とすることが好ましい。
【００５４】（実施例４）本例は，図７に示すごとく，
実施例１における接着剤層３に高剛性粒子３５を一切混
合させない代わりに，接着剤層３を挟む上記セラミック
層１２の表面の面粗さを，Ｒｚが１．５μｍ以上となる
ように粗くした例である。具体的にはＲｚが３μｍとな
るまで面粗し処理を行った。
実施例１における接着剤層３に高剛性粒子３５を一切混
合させない代わりに，接着剤層３を挟む上記セラミック
層１２の表面の面粗さを，Ｒｚが１．５μｍ以上となる
ように粗くした例である。具体的にはＲｚが３μｍとな
るまで面粗し処理を行った。
【００５５】面粗さの評価は，ＪＩＳ Ｂ ０６０１−
１９９４に規定されている十点平均粗さＲｚに準拠して
行った。粗さ計としては，東京精密社製の接触式粗さ計
（surfcom550AD，接触子仕様No0102501先端Ｒ５μｍ，
９０°円錐）を用いた。接触子の形状は頂点のなす角が
９０°の円錐形であって，その先端部は曲率半径Ｒが５
μｍの球状である。また，面粗さの測定は，セラミック
層１２の表面のほぼ中央部において，上記粗さ計により
５ｍｍ測定することにより行った。十点平均粗さＲｚの
定義は上述したとおりである。
１９９４に規定されている十点平均粗さＲｚに準拠して
行った。粗さ計としては，東京精密社製の接触式粗さ計
（surfcom550AD，接触子仕様No0102501先端Ｒ５μｍ，
９０°円錐）を用いた。接触子の形状は頂点のなす角が
９０°の円錐形であって，その先端部は曲率半径Ｒが５
μｍの球状である。また，面粗さの測定は，セラミック
層１２の表面のほぼ中央部において，上記粗さ計により
５ｍｍ測定することにより行った。十点平均粗さＲｚの
定義は上述したとおりである。
【００５６】この場合には，同図に示すごとく，セラミ
ック層１２表面の凹凸の凸部同士の距離を近づけた状態
で接着することができる。そのため，高温時において接
着剤層３の接着剤樹脂成分３０の弾性率が低下しても，
上記セラミック層１２同士によってその弾性率の低下を
補うことができる。
ック層１２表面の凹凸の凸部同士の距離を近づけた状態
で接着することができる。そのため，高温時において接
着剤層３の接着剤樹脂成分３０の弾性率が低下しても，
上記セラミック層１２同士によってその弾性率の低下を
補うことができる。
【００５７】（実施例５）本例は，図８に示すごとく，
実施例１における接着剤層３を，上記ユニット積層体１
１の積層方向に透視した場合にすべての内部電極層２
１，２２が存在する領域Ａに対応する範囲内に配設した
例である。この領域Ａは，同図に示すごとく，セラミッ
ク層１２上において各内部電極層２１，２２が存在しな
い左右の控え部１９の部分を除いた領域である。控え部
１９は，端部からＢ離れた位置まで存在する（Ｂを電極
控え距離という）。
実施例１における接着剤層３を，上記ユニット積層体１
１の積層方向に透視した場合にすべての内部電極層２
１，２２が存在する領域Ａに対応する範囲内に配設した
例である。この領域Ａは，同図に示すごとく，セラミッ
ク層１２上において各内部電極層２１，２２が存在しな
い左右の控え部１９の部分を除いた領域である。控え部
１９は，端部からＢ離れた位置まで存在する（Ｂを電極
控え距離という）。
【００５８】本例では，上記接着剤層３の配設位置を制
限する効果を明確に得るために，セラミック層１２の端
部から接着剤層３の端部までの距離（接着剤控え距離と
いう）を最大１．５ｍｍから０ｍｍまで変化させた積層
型圧電体素子１をモデル化し，各積層型圧電体素子を作
動させた際に生じる内部応力を計算した。
限する効果を明確に得るために，セラミック層１２の端
部から接着剤層３の端部までの距離（接着剤控え距離と
いう）を最大１．５ｍｍから０ｍｍまで変化させた積層
型圧電体素子１をモデル化し，各積層型圧電体素子を作
動させた際に生じる内部応力を計算した。
【００５９】測定結果を図９に示す。同図は横軸に接着
剤控え距離／電極控え距離（比）を，縦軸に発生した最
大応力（％）をとったものである。ここでいう最大応力
はセラミック積層体を０．１％伸ばした時に発生する内
部応力（最大主応力）の計算結果である。同図より知ら
れるごとく，接着控え距離が短くなるほど作動時の応力
が大きくなった。そして，接着控え距離／電極控え距離
が１となる近傍において，応力が極端に低下する。この
ことから，接着剤層３の配設領域を，ユニット積層体の
側面にはみ出さないように，望ましくは上記の領域Ａに
制限することが，積層型圧電体素子の性能向上に有効で
あることが明らかとなった。そしてこのことは，積層型
圧電体素子を高温雰囲気において使用しても同様であ
る。
剤控え距離／電極控え距離（比）を，縦軸に発生した最
大応力（％）をとったものである。ここでいう最大応力
はセラミック積層体を０．１％伸ばした時に発生する内
部応力（最大主応力）の計算結果である。同図より知ら
れるごとく，接着控え距離が短くなるほど作動時の応力
が大きくなった。そして，接着控え距離／電極控え距離
が１となる近傍において，応力が極端に低下する。この
ことから，接着剤層３の配設領域を，ユニット積層体の
側面にはみ出さないように，望ましくは上記の領域Ａに
制限することが，積層型圧電体素子の性能向上に有効で
あることが明らかとなった。そしてこのことは，積層型
圧電体素子を高温雰囲気において使用しても同様であ
る。
【００６０】なお，上記内部電極層２１，２２とセラミ
ック層１２の形状は，例えば図１０に示すごとく，様々
な形状を取ることができる。同図は，Ｅ１〜Ｅ４の４種
類の内部電極層パターン（ａ，ｂ列）に対して，複数の
接着剤層３のパターン，即ち接着範囲例（ｃ〜ｅ列）を
示したものである。勿論，例示したもの以外の形状をと
ることも可能である。また，同図は一つの例であって，
接着範囲が，内部電極層パターンの重なり部分（上記Ａ
領域に相当する領域）に必ずしも一致する必要はなく，
上記重なり部分からはみ出してもよい。もちろん，上記
重なり部分の範囲内に接着層が収まった方が上述したご
とく応力を緩和することができ好ましい。
ック層１２の形状は，例えば図１０に示すごとく，様々
な形状を取ることができる。同図は，Ｅ１〜Ｅ４の４種
類の内部電極層パターン（ａ，ｂ列）に対して，複数の
接着剤層３のパターン，即ち接着範囲例（ｃ〜ｅ列）を
示したものである。勿論，例示したもの以外の形状をと
ることも可能である。また，同図は一つの例であって，
接着範囲が，内部電極層パターンの重なり部分（上記Ａ
領域に相当する領域）に必ずしも一致する必要はなく，
上記重なり部分からはみ出してもよい。もちろん，上記
重なり部分の範囲内に接着層が収まった方が上述したご
とく応力を緩和することができ好ましい。
【００６１】（実施例６）本例は，実施例１の積層型圧
電体素子１をインジェクタ５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５は，図１１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積層型圧電体素
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。
電体素子１をインジェクタ５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５は，図１１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積層型圧電体素
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。
【００６２】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，積層型圧電体素子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５２２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。
に対し偏心する縦穴５２１内に，積層型圧電体素子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５２２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。
【００６３】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。
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。
【００６４】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。
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。
【００６５】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。
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。
【００６６】そして，本例においては，上記構成のイン
ジェクタ５における駆動源として，上記積層型圧電体素
子１を用いている。この積層型圧電体素子１は，上記の
ごとく分割接着構造であって，その接着剤層３の弾性率
が，１５０〜２００℃という高温の範囲において０．１
〜１０ＧＰａであって，高温においても優れた剛性を有
している。そのため，本例のインジェクタ５は，高温状
態においても，上記ノズルニードル５４１の動作を上記
積層型圧電体素子１によって精度よく制御することがで
きる。そして，インジェクタ５は，積層型圧電体素子１
の分割接着構造による効果も相俟って，優れた特性と耐
久性（信頼性）を併せ持ったものとなる。
ジェクタ５における駆動源として，上記積層型圧電体素
子１を用いている。この積層型圧電体素子１は，上記の
ごとく分割接着構造であって，その接着剤層３の弾性率
が，１５０〜２００℃という高温の範囲において０．１
〜１０ＧＰａであって，高温においても優れた剛性を有
している。そのため，本例のインジェクタ５は，高温状
態においても，上記ノズルニードル５４１の動作を上記
積層型圧電体素子１によって精度よく制御することがで
きる。そして，インジェクタ５は，積層型圧電体素子１
の分割接着構造による効果も相俟って，優れた特性と耐
久性（信頼性）を併せ持ったものとなる。
【図１】実施例１における，セラミック積層体の構造を
示す展開図。
示す展開図。
【図２】実施例１における，積層型圧電体素子の構造を
示す説明図。
示す説明図。
【図３】実施例１における，ユニット積層体の構造を示
す展開図。
す展開図。
【図４】実施例１における，接着剤層の構造を示す説明
図。
図。
【図５】実施例２における，高剛性粒子の含有量と接着
剤層全体の弾性率の関係を示す説明図。
剤層全体の弾性率の関係を示す説明図。
【図６】実施例３における，接着剤層配設部分を示す説
明図。
明図。
【図７】実施例４における，接着剤層配設部分を示す説
明図。
明図。
【図８】実施例５における，控え部と接着剤層の配設領
域との関係を示す説明図。
域との関係を示す説明図。
【図９】実施例５における，接着剤控え距離と最大応力
との関係を示す説明図。
との関係を示す説明図。
【図１０】実施例５における，内部電極層のパターンと
接着剤層のパターンとを示す説明図。
接着剤層のパターンとを示す説明図。
【図１１】実施例６における，インジェクタの構造を示
す説明図。
す説明図。
１．．．積層型圧電体素子，
１０．．．セラミック積層体，
１１．．．ユニット積層体，
１２．．．セラミック層，
２１，２２．．．内部電極層，
３．．．接着剤層，
３０．．．接着剤樹脂成分，
３５．．．高剛性粒子，
５．．．インジェクタ，
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 岡本 真一
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会
社デンソー内
(72)発明者 長屋 年厚
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会
社デンソー内
(72)発明者 浅野 浩章
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 CC08T CC08U CC14
CC67 CC68U CC69 CD17
CD18 CD28 CE27 CE31
Claims (14)
- 【請求項１】 セラミック層と内部電極層とを交互に積
層してなるユニット積層体を複数積み重ねると共に上記
ユニット積層体間を接着剤層により接着してなるセラミ
ック積層体を有する積層型圧電体素子において，上記接
着剤層は，その全体の弾性率が，少なくとも１５０〜２
００℃において０．１〜１０ＧＰａであることを特徴と
する積層型圧電体素子。 - 【請求項２】 請求項１において，上記接着剤層は，接
着剤樹脂成分よりも高い弾性率を有する高剛性粒子を含
有していることを特徴とするセラミック積層体。 - 【請求項３】 セラミック層と内部電極層とを交互に積
層してなるユニット積層体を複数積み重ねると共に上記
ユニット積層体間を接着剤層により接着してなるセラミ
ック積層体を有する積層型圧電体素子において，上記接
着剤層は接着剤樹脂成分よりも高い弾性率を有する高剛
性粒子を含有していることを特徴とする積層型圧電体素
子。 - 【請求項４】 請求項２又は３において，上記高剛性粒
子の弾性率は，上記接着剤樹脂成分の弾性率よりも２〜
１０倍大きいことを特徴とする積層型圧電体素子。 - 【請求項５】 請求項２〜４のいずれか１項において，
上記接着剤層は，３個以上の上記高剛性粒子を含有して
いることを特徴とする積層型圧電体素子。 - 【請求項６】 請求項２〜５のいずれか１項において，
上記接着剤層は，１０〜８０重量％の上記高剛性粒子を
含有していることを特徴とする積層型圧電体素子。 - 【請求項７】 請求項２〜６のいずれか１項において，
上記高剛性粒子は，アルミナ，シリカ，炭酸カルシウム
のいずれか１種以上よりなることを特徴とする積層型圧
電体素子。 - 【請求項８】 セラミック層と内部電極層とを交互に積
層してなるユニット積層体を複数積み重ねると共に上記
ユニット積層体間を接着剤層により接着してなるセラミ
ック積層体を有する積層型圧電体素子において，上記接
着剤層を挟む上記セラミック層の表面の面粗さは，Ｒｚ
が１．５μｍ以上であることを特徴とする積層型圧電体
素子。 - 【請求項９】 請求項８において，上記接着剤層は，電
気抵抗が１０9Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする積
層型圧電体素子。 - 【請求項１０】 セラミック層と内部電極層とを交互に
積層してなるユニット積層体を複数積み重ねると共に上
記ユニット積層体間を接着剤層により接着してなるセラ
ミック積層体を有する積層型圧電体素子において，上記
ユニット積層体は，上記内部電極層が上記ユニット積層
体の側表面に露出していない控え部を有しており，上記
接着剤層は，少なくとも上記ユニット積層体の側表面に
露出しておらず，かつ，上記ユニット積層体の積層方向
に透視した場合にすべての内部電極層が存在する領域に
対応する範囲内に配設されていることを特徴とする積層
型圧電体素子体。 - 【請求項１１】 セラミック層と内部電極層とを交互に
積層してなるユニット積層体を複数積み重ねると共に上
記ユニット積層体間を接着剤層により接着してなるセラ
ミック積層体を有する積層型圧電体素子において，上記
接着剤層を挟む上記セラミック層の表面同士が互いに直
接接触している接触部と，直接接触していない非接触部
とが存在しており，かつ，上記非接触部の少なくとも一
部における上記セラミック層の表面同士の間に上記接着
剤層が充填されていることを特徴とする積層型圧電体素
子。 - 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれか１項におい
て，上記積層型圧電体素子は，インジェクタの駆動源と
して用いられるインジェクタ用圧電アクチュエータであ
ることを特徴とする積層型圧電体素子。 - 【請求項１３】 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１〜１２のいずれか１項に記載の積層型圧電体素子
よりなることを特徴とするインジェクタ。 - 【請求項１４】 セラミック層と内部電極層とを交互に
積層してなるユニット積層体を作製するユニット積層体
作製工程と，接着剤を介して複数の上記ユニット積層体
を積層した後，温度１５０〜３００℃に加熱すると共に
積層方向に０．５〜６０ＭＰａの加圧力で加圧しながら
上記接着剤を硬化させて接着剤層を形成する硬化工程と
を含むことを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
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